EP0082869A1 - Verfahren zur steuerung von rührprozessen - Google Patents

Verfahren zur steuerung von rührprozessen

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Publication number
EP0082869A1
EP0082869A1 EP82902168A EP82902168A EP0082869A1 EP 0082869 A1 EP0082869 A1 EP 0082869A1 EP 82902168 A EP82902168 A EP 82902168A EP 82902168 A EP82902168 A EP 82902168A EP 0082869 A1 EP0082869 A1 EP 0082869A1
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EP
European Patent Office
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agitator
stirring
viscosity
stirred
torque
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82902168A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Kupka
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0082869A1 publication Critical patent/EP0082869A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/212—Measuring of the driving system data, e.g. torque, speed or power data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/82—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by adding a material to be mixed to a mixture in response to a detected feature, e.g. density, radioactivity, consumed power or colour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D24/00—Control of viscosity
    • G05D24/02—Control of viscosity characterised by the use of electric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00168—Controlling or regulating processes controlling the viscosity

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling stirring processes, in particular a method for regulating the power consumed by a stirrer in a stirred tank, taking into account the properties of the respective stirrer, a method for determining the viscosity of a stirrer in a stirred tank, the agitator at a given speed gives a torque dependent on the viscosity of the material to be mixed, and a method for controlling the stirring parameters of a stirring process in a mixing container equipped with a stirrer by means of an electronic data processing device.
  • stirring processes are used to manufacture chemical products. These stirring processes, which can take several hours or even days, require a considerable amount of energy both for the agitator drive and for the supply of heat or cooling of the material to be stirred in exothermic processes.
  • the power required for the agitator drive depends on the one hand on the speed of the agitator and on the other hand on the viscosity of the material to be stirred.
  • the viscosity of the material to be stirred changes during the various phases of the stirring process. The stirring process is only maintained if the agitator operates at a given minimum speed for a given viscosity of the material to be stirred.
  • the stirring processes are usually controlled by time-dependent program circuits.
  • the energy supply required for the maintenance of the process, in particular the agitator output, is controlled according to a time program gained from experience. Since one essentially has to fall back on average values and maintain a sufficient safety distance from the minimum power required for maintaining the stirring process, such a control cannot bring about an optimal use of energy. If the stirring processes are carried out at a constant speed of the agitator, the speed must be designed in such a way that it satisfies the most unfavorable conditions, that is to say corresponds to the highest power required at one point in time of the stirring process or possibly the highest speed required at another point in time.
  • stirrer works with an unnecessarily high power consumption, but in addition the stirrer or its drive motor and gear unit must be designed for a relatively high permanent load, which means the material and construction effort as well as this Manufacturing costs can be increased.
  • the object of the invention is in particular to provide a method for controlling stirring processes by means of which the deficiencies set out above are remedied.
  • the fiction, modern method is intended in particular a substantial savings • tion of zuge ⁇ the agitator during a stirring process resulted enable drive power by the rotational speed of the stirrer is controlled so that the agitator just only that optimum performance outputs required for the stirring process still keep going.
  • an automatic control of all stirring parameters with optimized total power consumption in the course of the stirring process is to be achieved.
  • the method according to the invention for regulating the power consumed by the agitator in the agitator tank, taking into account the properties of the respective agitated material is characterized in that first of all the optimal power consumption of the agitator is determined empirically for the respective agitated material, which is given for a given Viscosity value of the material to be stirred, which depends on the respective stirring phase, ensures that the stirring process in the respective stirring phase is maintained with minimal energy expenditure. Furthermore, the viscosity of the material to be stirred is continuously determined in the course of the entire stirring process.
  • the speed or the torque of the agitator is then readjusted on the basis of the respectively determined viscosity values of the agitated material until the power consumed by the agitator corresponds to the empirically determined optimum power consumption.
  • the invention is therefore based on the idea that the speed of the agitator is controlled depending on the viscosity of the material to be stirred that it is just sufficient to keep the stirring process going.
  • the invention therefore also provides a method for the continuous determination of the viscosity of the material to be stirred in a stirred container in the course of the stirring process, which makes the use of conventional viscosity measuring devices superfluous.
  • the process according to the invention for the continuous measurement of the viscosity of the material to be stirred is characterized by the following process steps:
  • the method according to the invention thus makes it possible to continuously determine the viscosity of the material to be stirred in the course of the stirring process solely on the basis of the measured speed of the agitator and the torque with which the agitator is driven, and on the basis of the easy-to-determine specific weight of the material to be stirred the dependence of the Reynold number on the Nus number known from empirical research.
  • the calculations required in the course of taking place after OF INVENTION ungsdorfen process running viscometers' ty bestircnung by successive approximation can easily communicate an appropriate data processing means are performed.
  • Microprocessor or microcomputer systems are particularly suitable which, in addition to the ongoing calculation of the viscosity of the agitator, can take over all other control and monitoring functions of the agitator system.
  • a method for controlling the stirring parameters of a stirring process by means of an electronic data processing device is created, which according to the invention is characterized in that the stirring parameters, in particular the composition of the material to be stirred, such as temperature and pressure in the stirring container, are entered at the beginning of the stirring process via a data input station the data processing device can be entered; the data processing device controls directions depending on the entered data, which determine the parameters, in particular special inlet valves for loading the stirred tank with the components to be stirred, heating device of the stirred tank and pressure control; the data processing device, taking into account the stirring parameters from the measured rotational speed of the agitator and the torque emitted by the latter, taking advantage of the empirically determined dependency between Reynold number and Nusselt number, the viscosity of the material to be stirred continuously
  • the torque or the speed of the agitator is controlled so that the power consumption of the agitator is equal to an empirically determined optimum power consumption, at which the maintenance of the ongoing stirring process is still guaranteed for the calculated viscosity value.
  • This method enables the automatic control of the entire stirring process, starting with the input of the mixture of items to be stirred at an input station of the data processing device, e.g. via a keyboard until the stirring process is reached, which is achieved when a predetermined period of time has expired or when a specific setpoint value for the viscosity of the material to be stirred has been reached.
  • the data processing device performs all monitoring functions which ensure safe operation of the stirring system.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a stirring system which is suitable for carrying out the method according to the invention, with the mixing container shown in vertical axial section and in plan view;
  • FIG. 2 shows a flowchart of a subroutine for calculating the viscosity of the material to be stirred via successive approximation; and 3 shows a flow chart of a complete control program for explaining the method according to the invention.
  • the generally cylindrical stirrer tank 10 shown schematically in vertical axial section and in plan view in FIG. 1 has an agitator with coaxial stirrer shaft 12 and stirrer blades 14 arranged at a distance therefrom.
  • the agitator shaft 12 is driven at its upper end by an agitator drive 16 which is installed in a housing 18 and, in addition to the drive motor, comprises a gear.
  • the agitator shaft 12 is rotatably supported in a main bearing 20 at the upper end of the agitator tank 10.
  • the housing 18 is also rotatably mounted on the stirred tank 10. It has a radially outwardly projecting arm 22, which is supported on one of two pressure cells 24, 26 arranged opposite one another, which are rigidly connected to the mixing container 10.
  • the torque transducers 24, 26 allow the torque delivered by the agitator drive to the agitator elle to be measured in both directions of rotation.
  • the stirred tank 10 has on its upper side two inlet steps 28, 30 which have different cross-sections. Vo the inlet port 28, 30, an inlet valve 32 and 34 is arranged.
  • the inlet valves 32, 34 are provided with a suitable actuator for automatic remote control.
  • the stirring container 10 is surrounded by a heating jacket 40 over most of its height.
  • the temperature inside the stirred container 10 is monitored by a thermometer 42 which is arranged on the underside of the stirred container and penetrates the heating jacket 40.
  • a fill level detector 44 is also arranged on the outer wall of the stirred tank 10.
  • a digital data processing device 46 is provided, which is shown only schematically in FIG. 1 as a housing with a digital display and with an input keyboard.
  • the data processing device 46 is connected via a plurality of lines to the pressure cells 24, 26, the valves 32, 34, the agitator 16, the level indicator 44, the heating jacket 40, the Thermome 42 and the outlet valve 38.
  • the subroutine shown in Fig. 2 enables the ongoing determination of the viscosity of the material to be stirred in the stirred tank based on the measurement of the torque given by the agitator drive to the agitator shaft and the speed of the agitator, which is preferably photoelectrically attached to the agitator shaft 12 Slotted or perforated disc and a photodetector arrangement fastened to the container wall and interacting with this disc is measured.
  • the subroutine shown in FIG. 2 is used to calculate the viscosity of the material to be stirred by a method of successive application. This calculation is based on generally known physical laws, from which the dependency of the viscosity of the material to be stirred results on the individual stirring parameters.
  • the viscosity ⁇ is a function of the speed n de
  • ⁇ F (n, Ne, Re, Md, d, o)
  • an estimated approximate initial value of the viscosity is first entered into the data processing device on the basis of empirical values, for example by means of a keyboard or another data input station. This is shown in Fig. 2 as the initial step 100 of the sub-program.
  • the speed n of the agitator and its torque Md measured. Since the stirrer diameter d and the viscosity of the material to be stirred are known for a given stirring process, the Reynoldzah Re can now be measured according to the following relationship:
  • ⁇ is the approximate starting value of the viscosity
  • the factor 60 is based on the speed n in revolutions / minute.
  • the calculation of the Reynold number Re is indicated in FIG. 2 as sub-program step .106. Subsequent to the calculation d Reynold number Re, the Nusselt number Ne is determined in step 108.
  • An associated torque Mdx_i.d of the agitator can in turn be calculated from the Nusselt number using known physical laws according to the following relationship:
  • step 110 This calculation is shown in FIG. 2 as subroutine step 110.
  • step 112 it is then checked whether the torque Md thus calculated corresponds to the actual torque Mdgern of the agitator measured in step 104 g r . This will generally not be the case based on the rough estimate of the initial viscosity value entered in step 100, and then in step 114 the assumed initial value of viscosity will be corrected by a step of a predetermined size in the appropriate sense.
  • the subroutine then returns to step 104 and repeats steps 104 to 112, and so often, until the check carried out in this step 112 matches the measured torque value with the calculated torque value Md_.
  • the initial size of the viscosity specified in the immediately preceding calculation of the torque Md R then corresponds to the actual value of the viscosity of the material to be stirred.
  • the viscosity ⁇ of the material to be stirred has thus been found and can be displayed in step 116 on a display panel and, at the same time or alternatively, can be stored in a work register of the data processing device in order to control the optimum speed n of the agitator in FIG. 3 shown ste er program to be used.
  • the data processing device preferably contains a microprocessor, a working memory, a data memory and a program memory, which comprises a fixed program memory part and a programmable program memory part.
  • the control and monitoring functions which are required for each stirring process are stored in the fixed program memory part, while specific program steps which are adapted to the agitator used, the individual stirring parameters, etc. are stored in the programmable program memory part.
  • the individual stirring parameters can be entered via an input keyboard, a program card or the like. be entered into the programmable program memory part.
  • the method begins with the start step 200 shown in FIG. 3, after which it is checked in step 202 whether the previously entered stirring program should be repeated. If the Progra is not to be repeated, the new stirring parameters are entered in step 204, in particular the composition of the material to be stirred, temperature profile during the entire stirring process
  • step 204 it is then checked whether the entire stirring process should run automatically. If not, the necessary control functions are set manually in step 208. If automatic operation is desired, the stirring process is started in step 210. In step 212, the specific weight o of the material to be stirred is then calculated from the composition entered in step 204. Step 21 is then followed as program step 214 by the subroutine shown in FIG. 2 with subroutine steps 100 to 116, ie the viscosity ⁇ of the material to be stirred is measured.
  • step '216 the torque value MD is obtained from the data memory , which corresponds to the calculated viscosity value ⁇ .
  • the setpoint Md ,, of the agitator torque ⁇ is the value that is required to maintain the agitation process with minimal energy consumption of the agitator drive.
  • the dependency of this torque setpoint on the various viscosity values was previously determined empirically and stored in the data memory. This dependency is the same for all stirring processes and therefore only needs to be determined once.
  • step 218 it is then checked whether the g 3 measured torque Mdgern with the target value
  • Mdsol, l of the torque matches. If there is a match, readjustment of the agitator is not necessary. If there is no match, the speed n of the agitator is readjusted in a suitable sense by a predetermined step in step 220. By adjusting the speed, the torque of the agitator increases or decreases, depending on whether the speed has been increased or decreased. Subsequent to the readjustment of the speed of the agitator, the viscosity ⁇ is then again calculated first, and the associated target torque is fetched from the data memory and then again in step 218 with the measured torque compared.
  • the speed is readjusted in the program loop formed from steps 214 to 220 until in step 218 agreement between the measured torque and the setpoint torque of the agitator is determined.
  • the stirring system works with minimal energy consumption of the agitator, in which maintenance of the stirring process is just guaranteed.
  • the agitator works with optimal power consumption during the entire agitating process, which means that savings of up to 40% can be achieved compared to operation at constant speed.
  • the entire stirring system can be designed for a significantly low permanent load.
  • step 222 After a correspondence between the measured torque and the setpoint torque of the agitator has been determined in step 218, it is checked in step 222 whether a program-controlled automatic temperature changeover should take place. Possibly. it is then checked in step 224 whether the viscosity value calculated in step 214 is one in which a temperature changeover is provided in the stirring program. Possibly. the temperature is then readjusted in step 226 in accordance with the temperature jump seen before in the stirring process, whereupon the Progra returns to step 214.
  • step 228 checks whether the stirring process should be ended by the viscosity value of the material to be stirred being a predetermined value * r l . ,__-, • has reached. If this is not the case, a check is carried out in step 230 as to whether the stirring process should be ended by expiry of a predetermined stirring time. When the intended stirring process time has elapsed, the stirring process is ended in step 232. If the intended stirring process has not expired, the program returns to step 214. If the check at step 228 shows that the stirring process should be ended when the intended final value ⁇ f ..
  • step 234 it is checked in step 234 whether the viscosity value determined in step 214 with the desired final value ⁇ f . matches. If this is the case, the program proceeds to the end step 232 mentioned above. If the final viscosity value is • not reached, however, various monitoring functions of the stirring system are carried out in step 236. After the monitoring functions have ended, the program returns to step 214.
  • the program steps 204, 210, 212, 214, 216, 220, 226, 232 and 236 shown in FIG. 3 are subroutines, of which only one, namely the program step 214, has been explained in detail with reference to FIG. 2.
  • program step or subroutine 204 e.g. B. queried the Tas tur of the data processing device, or who read the appropriate program carrier. The read data is then transferred to the main memory of the data processing device.
  • program step or subroutine 212 the average specific weight of the material to be stirred is calculated from the composition of the stirred tank filling entered in step 204, and the result is stored in order to remain available for the entire stirring process.
  • the program step or the lower program 236 also has special features. In it, the signals from the thermometer and the level indicator 44 and other signals are monitored which are important for the operational safety of the stirring system, in particular the barrier pressure of the agitator bearing 2, the temperature of this agitating bearing and the current consumption of the agitator drive. If one of the monitored signals indicates a malfunction, the stirring system can be stopped automatically to remedy the situation.

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Description

Verfahren zur Steuerung von Rührprozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Rühr¬ prozessen, insbesondere ein Verfahren zur Regelung der von eine.- Rührwerk in einem Rührbehälter aufgenommenen Leistung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Rühr gutes, ein Verfahren zur Bestimmung der Viskosität eines Rüh gutes in einem Rührbehälter, dessen Rührwerk bei einer gegeb nen Drehzahl ein von der Viskosität des Rührgutes abhängiges Drehmoment abgibt, sowie ein Verfahren zur Steuerung der Rüh parameter eines Rührprozesses in einem mit einem Rührwerk ausgestatteten Rührbehälter mittels einer elektronischen Dat verarbei ungseinrichtung.
OMPI In praktisch allen Bereichen der chemischen Industrie finden zur Herstellung von chemischen Produkten Rührprozesse Anwen¬ dung. Diese Rührprozesse, die mehrere Stunden oder auch Tage dauern können, erfordern einen erheblichen Aufwand an Energie sowohl für den Rührwerksantrieb als auch für die Zufuhr von Wärme oder Kühlung des Rührgutes bei exothermen Prozessen. Die für den Rührwerksantrieb benötigte Leistung hängt einer¬ seits von der Drehzahl des Rührwerks und andererseits von der Viskosität des Rührgutes ab. Die Viskosität des Rührgutes ändert sich aber während der verschiedenen Rührphasen des Rührprozesses. Nur wenn bei einer gegebenen Viskosität des Rührgutes das Rührwerk mit einer bestimmten Mindestdrehzahl arbeitet, bleibt der Rührprozeß -aufrechterhalten.
Die Steuerung von Rührprozessen erfolgt üblicherweise durch zeitabhängige Programmschaltungen. Die für die Aufrechterhal¬ tung des Prozesses erforderliche Energiezufuhr, insbesondere die Rührwerksleistung, wird nach einem durch Erfahrung ge¬ wonnenen Zeitprogramm gesteuert. Da man hierbei im wesent¬ lichen auf Durchschnittswerte zurückgreifen muß und einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu der Mindestleistung ein¬ halten muß, die für die Aufrechterhaltung des Rührprozesses erforderlich ist, kann eine derartige Steuerung keinen opti¬ malen Energieeinsatz bewirken. Wenn die Rührprozesse mit konstanter Drehzahl des Rührwerks durchgeführt werden, muß die Drehzahl so ausgelegt werden, daß sie den ungünstigsten Verhältnissen genügt, also der zu einem Zeitpunkt des Rühr¬ prozesses benötigten höchsten Leistungoder möglicherweise zu einem anderen Zeitpunkt notwendigen höchsten Drehzahl ent¬ spricht. Dies ist nicht nur von Nachteil, weil während des größten Teils des Rührprozesses das Rührwerk mit unnötig hoher Leistungsaufnahme arbeitet, sondern darüber hinaus muß das Rührwerk bzw. dessen Antriebsmotor und Getriebeeinheit für eine relativ hohe Dauerbelastung ausgelegt werden, wodurc der Material- und Konstruktionsaufwand sowie diesen Herstel¬ lungskosten erhöht werden.
O..TH Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung von Rührprozessen, durch das die vorstehend dargelegten Mängel behoben werden. Das erfindungs gemäße Verfahren soll insbesondere eine wesentliche Einspa- • rung der dem Rührwerk im Verlauf eines Rührprozesses zuge¬ führten Antriebsenergie ermöglichen, indem die Drehzahl des Rührwerks so gesteuert wird, daß der Rührwerksantrieb gerade nur diejenige optimale Leistung abgibt, die erforderlich ist um den Rührprozeß noch in Gang zu halten. Ferner soll eine automatische Steuerung sämtlicher Rührparameter bei optimier ter Gesamtleistungsaufnahme im Verlauf des Rührprozesses er¬ reicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der von dem Rühr werk,in dem Rührbehälter aufgenommenen Leistung unter Berück sichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Rührgutes ist da durch gekennzeichnet, daß zunächst für das jeweilige Rührgut empirisch die optimale Leistungsaufnahme des Rührwerks er¬ mittelt wird, die bei einem gegebenen Viskositätswert des Rührgutes, der von der jeweiligen Rührphase abhängt, die Auf rechterhaitung des in der jeweiligen Rührphase ablaufenden Rührprozesses bei minimalem Energieaufwand gewährleistet. Ferner wird im Verlauf des gesamten Rührprozesses die Visko¬ sität des Rührgutes laufend ermittelt. Die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Rührwerks wird dann aufgrund der jeweils be¬ stimmten Viskositätswerte des Rührgutes nachgeregelt, bis di von dem Rührwerk aufgenommene Leistung der empirisch ermitte ten optimalen Leistungsaufnahme entspricht. Die Erfindung be ruht also auf dem Gedanken,daß die Drehzahl des Rührwerks in Abhängigkeit von der gerade vorhandenen Viskosität des Rührgutes so geregelt wird, daß sie gerade noch ausreicht, um den Rührprozeß in Gang zu halten.
Die laufende Bestimmung der Viskosität des Rührgutes ist zwar grundsätzlich möglich, mit vorhandenen Einrichtungen jedoch schwierig, und darüber hinaus sind übliche Viskositäts
OMH meßeinrichtungen sehr aufv/endig. Die Erfindung schafft daher ferner ein Verfahren zur laufenden Bestimmung der Viskosität des Rührgutes in einem Rührbehälter im Verlauf des Rührpro- zesses, das die Verwendung herkömmlicher Viskositätsmeßein¬ richtungen überflüssig macht. Das erfinduηgsgemäße Verfahren zur laufenden Viskositätsmessung des Rührgutes ist durch fol gende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
a) die Reynoldzahl des Rührgutes wird berechnet aus
- den für die Dimensionierung des Rührwerks charakte¬ ristischen Werten;
- dem spezifischen Gewicht des Rührgutes;
- der gemessenen Drehzahl des Rührwerks; und
- einem nach Erfahrungswerten geschätzten, angenäher¬ ten Wert der Viskosität;
b) die zu der berechneten Reynoldzahl gehörende, aufgrund empirischer Untersuchungen bekannte Nusseltzahl wird er¬ mittelt;
c) aus der so ermittelten Nusseltzahl, der Drehzahl des Rühr werks, dem spezifischen Gewicht des Rührgutes und den für die Di en≤ionierung des Rührwerks charakteristischen Wert wird das zugehörige theoretische Drehmoment errechnet;
d) das theoretische Drehmoment wird mit dem gemessenen tat¬ sächlichen Drehmoment des Rührwerks verglichen;
e) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem theore¬ tischen und dem tatsächlich gemessenen Drehmoment wird de geschätzte, angenäherte Wert der Viskosität korrigiert; und
f) die Berechnungen nach den Verfahrensschritten a) bis e) v/erden aufgrund der j eweils korrigierten Werte der Viskos
O PI - 3 -
wiederholt, bis die Differenz zwischen dem theoretischen und dem tatsächlich gemessenen Drehmoment kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die laufende Bestimmung der Viskosität des Rührgutes im Verlauf des Rühr¬ prozesses allein aufgrund der gemessenen Drehzahl des Rühr¬ werks und des Drehmoments, mit dem das Rührwerk angetrieben wird, sowie aufgrund des leicht zu ermittelnden spezifischen Gewichtes des Rührgutes und aufgrund der durch empirische Un suchungen bekannten Abhängigkeit der Reynoldzahl von der Nus zahl. Die erforderlichen Berechnungen im Verlauf einer nach erfin ungsgemäßen Verfahren erfolgenden laufenden Viskosi'tät bestircnung durch sukzessive Approximation können leicht mitt einer geeigneten Datenverarbeitungseinrichtung durchgeführt werden. Besonders geeignet sind Mikroprozessor- bzw. Mikro- computersysteme, die zusätzlich zur laufenden Berechnung der Viskosität des Rührguges sämtliche weiteren Steuer- und über wachungsfunk ionen des Rührsystems übernehmen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Rührparameter eines Rührprozesses mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung geschaffe welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rührparameter, insbesondere Zusammensetzung des Rührgutes so wie Temperatur und Druck in dem Rührbehälter, zu Anfang des Rührprozesses über eine Dateneingabestation in die Datenver¬ arbeitungseinrichtung eingegeben werden; die Datenverarbei¬ tungseinrichtung in Abhängigkeit von den eingegebenen Daten richtungen steuert, welche die ü rpεrameter bestimmen, insbe sondere Einlaßventile zur Beschickung des Rührbehälters mit den Rührgutkomponenten, Heizeinrichtung des Rührbehälters und Druckregelung; die Datenverarbeitungseinrichtung unter Berück sichtigung der Rührparameter aus der gemessenen Drehzahl des Rührwerks und dem von diesem abgegebenen Drehmoment unter Aus nutzung der empirisch ermittelten Abhängigkeit zwischen Rey¬ noldzahl und Nusseltzahl die Viskosität des Rührgutes laufend
BAD ORIGINAL - € -
während der verschiedenen Rührphasen berechnet; und in Abhängigkeit von der berechneten Viskosität des Rührgutes das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Rührwerks so geregelt wird, daß die Leistungsaufnahme des Rührwerks gleich einer empirisch ermittelten optimalen Leistungsaufnahme ist, bei der für den berechneten Viskositätswert die Aufrechterhaltung des ablaufenden Rührprozesses noch gewährleistet ist.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die automatische Steuerung des gesamten Rührprozesses, beginnend mit der Einga der Rührgutzusammensetzung an einer Eingabestation der Daten¬ verarbeitungseinrichtung, z.B. über eine Tastatur, bis zum En des Rührprozesses, das erreicht ist, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist oder wenn sich ein bestimmter Soll¬ wert der Viskosität des Rührgutes eingestellt hat.
Im Verlauf des gesamten Rührprozesses nimmt die Datenverarbei tungseinrichtung neben den ihr zugewiesenen Steuerfunktionen sämtliche Überwachungsfunktionen wahr, die einen sicheren Be¬ trieb des RührSystems gewährleisten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Rührsystems, das zur Durchführung der erfin ungsgemäßen Verfahren geeignet ist, mit im senkrechten Axialschnitt sowie in Drauf¬ sicht gezeigtem Rührbehälter;
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Unterprogramms zur Berechnung der Viskosität des Rührgutes über sukzessive Approxi¬ mation; und Fig. 3 ein Flußdiagramm eines kompletten Steuerprogramms zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der in Fig. 1 schematisch im senkrechten Axialschnitt und in Draufsicht gezeigte allgemein zylindrische Rührbehälter 10 weist ein Rührwerk mit koaxialer Rührwerkswe.lle 12 und an dieser im Abstand voneinander angeordneten Rührschaufeln 14 auf. Die Rührwerkswelle 12 wird an ihrem oberen Ende von einem Rührwerksantrieb 16 angetrieben, der in ein Gehäuse 18 eingebaut ist und außer dem Antriebsmotor ein Getriebe umfaßt. Die Rührwerkswelle 12 ist in einem Hauptlager 20 am oberen Ende des Rührbehälters 10 drehbar gelagert. Auch das Gehäuse 18 ist an dem Rührbehälter 10 drehbar gelagert. Es weist einen radial nach außen abstehenden Arm 22 auf, der si auf einer von zwei einander gegenüber angeordneten Druckme߬ dosen 24, 26 abstützt, die starr mit dem Rührbehälter 10 ver bunden sind. Durch die Druckmeßdosen 24, 26 kann das von dem Rührwerksantrieb an die Rührwerks elle abgegebene Drehmoment in beiden Drehrichtungen gemessen werden.
Der Rührbehälter 10 weist an seiner Oberseite zwei Einlaßstu 28, 30 auf, die verschieden großen Querschnitt aufweisen. Vo den Einlaßstutzen 28, 30 ist jeweils ein Einlaßventil 32 bzw. 34 angeordnet. Die Einlaßventile 32, 34 sindmit einem geeignet Antrieb für eine automatische Fernbetätigung versehen. An de Unterseite des Rührbehälters 10 befindet sich ein Auslaßstutz 36, an den ein ebenfalls automatisch fernbetätigbares Ausla߬ ventil 38 angeflanscht ist.
Der Rührbehälter 10 ist über den größten Teil seiner Höhe von einem Heizmantel 40 umgeben. Die Temperatur im Inneren des Rührbehälters 10 wird durch ein Thermometer 42 überwacht, das an der Unterseite des Rührbehälters angeordnet ist und den Heizmantel 40 durchdringt. Oberhalb des Heiz antels 40 ist ferner an der Außenwand des Rührbehälters 10 ein Füllstands¬ melder 44 anσeordnet. Zur Steuerung des Rührprozesses ist eine digitale Daten- verarbeitungseinrichtung 46 vorgesehen, die in Fig. 1 nur sche atisch als Gehäuse mit einer Digitalanzeige und mit einer Eingabetastatur dargestellt ist. Die Datenverarbeitung einrichtung 46 ist über eine Vielzahl von Leitungen mit den Druckmeßdosen 24, 26, den Ventilen 32, 34, dem Rührwerksantr 16, dem Füllstandsmelder 44, dem Heizmantel 40, dem Thermome 42 und dem Auslaßventil 38 verbunden. Sie steuert die Betäti gung der Ein- und Auslaßventile, der durch den Heizmantel 40 gebildeten Heizung sowie der Drehzahl des Rührwerksantriebs 16 aufgrund eines in ihrem Programmspeicher gespeicherten Programms, das neben diesen Steuerfunktionen auch die fort¬ währende Überwachung aller für den Rührprozeß wichtigen Be- triebswerte gewährleistet. Die Arbeitsweise des in Fig. 1 schematisch dargestellten Rührsystems wird weiter unten unte Bezugnahme auf Fig. 3 ausführlich erläutert werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird zunächst ein Unterprogramm des in -Fig. 3 gezeigten vollständigen SteuerProgramms für di Durchführung eines vollständigen Rührprozesses erläutert.
Das in Fig. 2 gezeigte Unterprogramm ermöglicht die laufende Ermittlung der Viskosität des Rührgutes in dem Rührbehälter aufgrund der Messung des von dem Rührwerksantrieb an die Rüh wer swelle abgegebenen Drehmomentes sowie der Drehzahl des Rührwerl-is, die vorzugsweise fotoelektrisch mittels einer an der Rührwerkswelle 12 befestigten Schlitz- oder Lochscheibe und einer an der Behälterwand befestigten, mit dieser Scheib zusammεnwirkenden Fotodetektoranordnung gemessen wird. Das i Fig. 2 gezeigte Unterprogramm dient zur Berechnung der Visko tät des Rührgutes nach einem Verfahren der sukzessiven Apprc mation. Dieser Berechnung werden allgemein bekannte physikal sche Gesetzte zugrunde gelegt, aus denen sich die Abhängigke der Viskosität des Rührgutes von den einzelnen Rührparameter ergibt. Die Viskosität η ist eine Funktion der Drehzahl n de
CMH Rührwerks, der Nusseltzahl Ne, der Reynoldzahl Re, des Rührwerksdrehmoments Md, des Durchmessers d des Rührorgans und dem spezifischen Gewicht g des Rührgutes. Es gilt also:
η = F(n, Ne, Re, Md, d, o)
Hierin ist die Reynoldzahl wiederum eine Funktion der Nusse zahl. Es gilt:
R = F (Ne) .
Die obigen Beziehungen zeigen, daß die Viskosität des Rühr¬ gutes aus der Drehzahl des Rührwerks und seinem Drehmoment nicht unmittelbar errechnet werden kann. Vielmehr müssen zusätzlich die Reynoldzahl und die Nusseltzahl für die im Rührwerk gegebenen Verhältnisse bekannt sein. Ist die Reynol zahl bekannt, so kann die zugehörige Nusseltzahl nur empiris ermittelt werden. Die Abhängigkeit der Reynoldzahl von der Nusseltzahl ist nämlich eine komplizierte Beziehung, die in der Praxis für gegebene Rührwerksverhältnisse nur empirisch ermittelt und in Diagrammen festgehalten werden kann. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß diese Be¬ ziehung zwischen der Reynoldzahl und der Nusseltzahl für die gegebenen Rüh werksverhältnisse empirisch ermittelt wird und i einem Datenspeicher der Datenverarbeitungseinrichtung abge¬ speichert wird. Bei bekannter Reynoldzahl steht also für jed Viskositätsberechnung unmittelbar die zugehörige Nusseltzahl zur Verfügung.
Um nun die Reynoldzahl zu gewinnen, wird zunächst aufgrund von Erf hrungswerten ein geschätzter ungefährer Anfangswert der Viskosität in die Datenverarbeitungseinrichtung eingegeb z.B. mittels einer Tastatur oder einer anderen Dateneingabe¬ station. Dies ist in Fig. 2 als Anfangsschritt 100 des Unter programms dargestellt. In den darauffolgenden Schritten 102 und 104 werden die Drehzahl n des Rührwerks und sein Drehmom Md gemessen. Da der Rührorgandurchmesser d und die Vis¬ kosität des Rührgutes für einen gegebenen Rührprozeß vorbe kannt sind, kann nun nach folgender Beziehung die Reynoldzah Re gemessen werden:
Re = d2-n-q. • 60.η •
Darin ist η der geschätzte ungefähre Anfangswert der Viskosi tät, und der Faktor 60 beruht auf der Angabe der Drehzahl n in Umdrehungen/Minute.
Die Berechnung der Reynoldzahl Re ist in Fig. 2 als Unterpro grammschritt .106 angegeben. Anschließend an die Berechnung d Reynoldzahl Re erfolgt die Bestimmung der Nusseltzahl Ne im Schritt 108.
Aus der Nusseltzahl wiederum läßt sich durch Anwendung be¬ kannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten ein zugehöriges Dre moment Mdx_i.des Rührwerks nach folgender Beziehung berechnen:
MR- S53. . Hβ- ,,jj,,3.d5.s.10-3.
Diese Berechnung ist in Fig. 2 als Unterprogrammschritt 110 eingezeichnet. In dem darauffolgenden Programmsehritt 112 wird dann geprüft, ob das so berechnete Drehmoment Md mit dem im Schritt 104 gremessenen tatsächlichen Drehmoment Mdgern des Rührwerks übereinstimmt. Dies wird im allgemeinen aufgru der groben Schätzung des im Schritt 100 eingegebenen Anfangs¬ wertes der Viskosität nich€ der Fall sein, und dann wird im Schritt 114 der angenommene Anfangswert der Vislcosität um einen Schritt vorbestimmter Größe im geeigneten Sinne korri- giert. Das Unterprogramm kehrt dann zum Schritt 104 zurück und durchläuft erneut die Schritte 104 bis 112, und zwar so oft, bis die in diesem Schritt 112 erfolgende Prüfung die Üb einstimmung des gemessenen Drehmo entwertes Mdgern mit dem berechneten Drehmomentwert Md_, ergibt. Die bei der unmittel- bar Vorausgehenden Berechnung des Drehmomentes MdR vorgegebe Anfangsgröße der Viskosität stimmt dann mit dem tatsächliche Wert der Viskosität des Rührgutes überein. Die Viskosität η des Rührgutes ist also gefunden und kann im Schritt 116 auf einer Anzeigetafel angezeigt werden und gleichzeitig oder alternativ in einem Arbeitsregister -der Datenverarbeitungs¬ einrichtung gespeichert werden, um für die Regelung der opti malen Drehzahl n des Rührwerks in dem in Fig. 3 gezeigten Ste erProgramm herangezogen -zu werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun das erfindungsgemäße Ve fahren zur Steuerung der Rührparameter eines Rührprozesses mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung be¬ schrieben.
Die Datenverarbeitungseinrichtung enthält vorzugsweise einen Mikroprozessor, einen Arbeitsspeicher, einen Datenspeicher u einen Programmspeicher, der einen Festprogrammspeicherteil u einen programmierbaren Programmspeicherteil umfaßt.-. In dem Festprogrammspeicherteil sind diejenigen Steuer- und Überwa¬ chungsfunktionen gespeichert, die für jeden Rührprozeß er¬ forderlich sind, während in dem programmierbaren Programm¬ speicherteil spezifische Programmschritte gespeichert sind, die dem verwendeten Rührwerk, den individuellen Rührparamete usw. angepaßt sind. Zu Anfang eines Rührprozesses können die individuellen Rührparameter über eine Eingabetastatur, über eine Programmkarte o.dgl. in den programmierbaren Programm¬ speicherteil eingegeben werden.
Das Verfahren beginnt mit dem in Fig. 3 gezeigten Startschri 200, woraufhin im Schritt 202 geprüft wird, ob das zuvor ein¬ gegebene Rührprogramm wiederholt v/erden soll. Wenn das Progra nicht wiederholt werden soll, werden im Schritt 204 die neuen Rührparameter eingegeben, also insbesondere Zusammensetzung des Rührgutes, Temperaturverlauf während des gesamten Rührpro
OMPI zesses, Dauer des Rührprozesses oder vorgegebene Endviskosi- tät des Rührgutes, Druckverhältnisse im Inneren des Rührbehä ters usw. Wenn hingegen eine Programmwiederholung erfolgen s so wird der Programmschritt 204 überbrückt. Im Schritt 206 wird dann geprüft, ob der gesamte Rührprozeß automatisch ab¬ laufen soll. Wenn nicht, werden im Schritt 208 die erforder¬ lichen Steuerfunktionen manuell eingestellt. Wenn automatisc Arbeitsweise gewünscht wird, wird im Schritt 210 der Rührpro zeß in Gang gesetzt. Im Schritt 212 wird dann aus der im Schritt 204 eingegebenen Zusammensetzung des Rührgutes das spezifische Gewicht o desselben berechnet. An den Schritt 21 schließt sich nun als Programmschritt 214 das in Fig. 2 ge¬ zeigte Unterprogramm mit den Unterprogrammschritten 100 bis 116 an, d.h. es wird die Viskosität η des Rührgutes gemessen Dannwird im Schritt'216 aus dem Datenspeicher derjenige Dreh mentwertMd ,, geholt, der dem berechneten Viskositätswert η entspricht. Der Sollwert Md ,, des Rührwerkdrehmomente≤ ist derjenige Wert, der zur Aufrechterhaltung des Rührprozesses bei minimalem Energieverbrauch des Rührv/erksantriebs erforde lich ist. Die Abhängigkeit dieses Drehmomentsollwertes von den verschiedenen Viskositätswerten wurde zuvor empirisch ermittelt und in dem Datenspeicher abgespeichert. Diese Ab¬ hängigkeit ist für alle Rührprozesse dieselbe und braucht da¬ her nur einmal ermittelt zu werden. Im Schritt 218 wird dann geprüft, ob das g 3emessene Drehmoment Mdgern mit dem Sollwert
Mdsol,l, des Drehmoments übereinstimmt. Bei Übereinstimmung is eine Nachregelung des Rührwerks nicht erforderlich. Wenn kei Übereinstimmung vorhanden ist, wird im Schritt 220 die Dreh¬ zahl n des Rührwerks im geeigneten Sinne um einen vorbe- stimmten Schritt nachgeregelt. Durch die Nachregelung der Drehzahl erhöht oder erniedrigt sich das Drehmoment des Rühr werks, je nachdem, ob die Drehzahl erhöht oder erniedrigt wurde. Anschließend an die Nachregelung der Drehzahl des Rührwerks wird dann zunächst erneut wieder die Viskosität η berechnt, und das zugehörige Solldrehmoment wird aus dem Datenspeicher geholt und dann im Schritt 218 erneut mit dem gemessenen Drehmoment verglichen. Die Nachregelung der Dreh¬ zahl erfolgt in der aus den Schritten 214 bis 220 gebildeten Programmschlaufe so lange, bis im Schritt 218 Übereinstimmun zwischen dem gemessenen Drehmoment und dem Solldrehmoment de Rührwerks ermittelt wird. In diesem Zustand arbeitet das Rüh system mit minimalem Energieverbrauch des Rührwerks, bei dem eine Aufrechterhaltung des Rührprozesses gerade noch gewähr¬ leistet ist. Das Rührv/erk arbeitet also während des gesamten Rührprozesses mit optimaler Leistungsaufnahme, wodurch z.B. gegenüber Betrieb mit konstanter Drehzahl Einsparungen in de Größenordnung von bis zu 40% erreicht v/erden können. Ferner kann das gesamte Rührsyste für eine wesentlich niedrige Dau belastung ausgelegt werden.
Nachdem im Schritt 218 Übereinstimmung zwischen dem gemessene Drehmoment und dem Solldrehmoment des Rührwerks ermittelt wur wird im Schritt 222 geprüft, ob eine programmgesteuerte auto¬ matische Temperaturumschaltung stattfinden soll. Ggf. wird dann im Schritt 224 geprüft, ob der im Schritt 214 berechnete Viskositätswert ein solcher ist, bei dem eine Temperaturum - Schaltung im Rührprogram vorgesehen ist. Ggf. wird dann im Schritt 226 die Temperatur entsprechend dem im Hührprozeß vor gesehenen Temperatursprung nachgeregelt, woraufhin das Progra zum Schritt 214 zurückkehrt. Ist eine automatische Temperatur umschaltung aber nicht vorgesehen, oder ist der ermittelte Viskositätswert kein solcher, an dem eine Tempe aturumschaltu vorgenommen werden soll, so wird im Schritt 228 geprüft, ob der Rührprozeß dadurch beendet werden soll, daß der Viskositä wert des Rührgutes einen vorbestimmten Wert *rl . ,__-, • erreicht hat. Wenn dies nicht der Fall ist, wird im Schritt 230 geprüf ob der Rührprozeß durch Ablauf einer vorbestir—--ten Rührdauer beendet werden soll. Bei Ablauf der vorgesehenen Rührproze߬ dauer wird im Schritt 232 der Rührprozeß beendet. Ist die vorgesehene Rührprozeßda er nicht abgelaufen, so kehrt das Programm zum Schritt 214 zurück. Wenn die Prüfung im Schritt 228 ergeben hat, daß der Rührprozeß beendet werden soll, wenn der vorgesehene Endwert ηf .. erreicht ist, so wird im Schritt 234 geprüft, ob der im Schritt 214 festgestellte Viskositätswert mit dem angestrebten Endwert ηf . überein stimmt. Ist dies der Fall, so geht das Programm zu dem berei erwähnten Endschritt 232 über. Ist der Viskositätsendwert •aber nicht erreicht, so werden im Schritt 236 verschiedene Überwachungsfunktionen des Rührsystems ausgeführt. Nach Be¬ endigung der Überwachungsfunktionen kehrt das Programm zum Schritt 214 zurück.
Die in Fig. 3 gezeigten Programmschritte 204, 210, 212, 214, 216, 220, 226, 232 und 236 sind Unterprogramme, von denen nu eines, nämlich der Programmschritt 214, im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert wurde.
Im Programmschritt bzw. Unterprogramm 204 wird z. B. die Tas tur der Datenverarbeitungseinrichtung abgefragt, oder es wer den geeignete Programmträger ausgelesen. Die ausgelesenen Daten v/erden dann in den Arbeitsspeicher der Datenverarbeitu einrichtung übernommen.
Im Programmschritt bzw. Unterprogramm 210* werden alle Steuer¬ funktionen ausgeführt, die für die Ingangsetzung des Rühr¬ prozesses erforderlich sind. Insbesondere werden die Einla߬ ventile 32, 34 gesteuert, um den Rührwerkbehälter 10 mit den gewünschten Rührgutkomponenten zu beschicken. Ferner werden die in dem Heizmantel 40 vorgesehene Heizeinrichtung und das Rührwerk in geeigneter Weise angesteuert.
Im Programmschritt bzw. Unterprogramm 212 wird aus der im Schritt 204 eingegebenen Zusammensetzung der Rührbehälter- füllung das durchschnittliche spezifische Gewicht des Rühr¬ gutes berechnet, und das Ergebnis wird abgespeichert, um für den gesamten Rührprozeß verfügbar zu bleiben.
iXSl Besonderheiten weist auch der Programmschritt bzw. das Unte programm 236 auf. In ihm werden die Signale des Thermometer und des Füllstandsmelders 44 sowie v/eitere Signale überwach welche für die Betriebssicherheit des Rührsystems von Bedeu tung sind, insbesondere der Sperrdruck des Rührwerkslagers 2 die Temperatur .dieses Rührv/erkslagers und die Stromaufnahme des Rührwerksantriebs. Deutet eines der überwachten Signale auf eine Betriebsstörung hin, so kann das Rührsystem automat angehalten v/erden, um Abhilfe zu schaffen.
O H

Claims

PATΞ TANSPRÜCHE
Verfahren zur Regelung der von einem Rührwerk in einem Rührbehälter aufgenommenen Leistung unter Berücksichti¬ gung der Eigenschaften des jeweiligen Rührgutes, dadurch gekennzeichnet, daß:
- für das jeweilige Rührgut empirisch die optimale Leistungsaufnahme des Rührwerks ermittelt wird, die bei einem gegebenen Viskositätswert des Rührgutes, der von der jeweiligen Rührphase abhängt, eine Auf¬ rechterhaltung des in der jeweiligen Rührphase ab¬ laufenden Rührprozesses bei minimalem Energieaufwand gewährleistet;
- die Viskosität des Rührgutes fortlaufend während der verschiedenen Rührphaεen bestimmt wird;
- die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Rührwerks auf¬ grund des jeweils bestimmten Viskositätswertes des Rührgutes nachgeregelt wird, bis die von dem Rühr¬ werk aufgenommene Leistung der empirisch ermittelten optimalen Leistungsaufnahme entspricht. - ± ( -
2. Verfahren zur Bestimmung der Viskosität eines Rühr¬ gutes in einem Rührbehälter, dessen Rührwerk bei einer gegebene .Drehzahl ein von der Viskosität des Rührgutes abhängiges Drehmoment abgibt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) die Reynoldzahl des Rührgutes wird berechnet aus
- den für die Dimensionierung des Rührwerks charak¬ teristischen Werten;
- dem spezifischen Gewicht des Rührgutes;
- der gemessenen Drehzahl des Rührwerks; und
- einem nach Erfahrungsv/erten geschätzten, angenäher¬ ten Wert der Viskosität; b) die zu der berechneten Reynoldzahl gehörende, aufgrun empirischer Untersuchungen bekannte Nusseltzahl wird ermittelt; c) aus der so ermittelten Nusseltzahl, der Drehzahl des Rührwerks, dem spezifischen Gewicht des Rührgutes und den für die Dimensionierung des Rührwerks charakteri¬ stischen Werten wird das zugehörige theoretische Dreh moment errechnet; d) .das theoretische Drehmoment wird mit dem gemessenen tatsächlichen Drehmoment des Rührwerks verglichen; e) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem theore tischen und dem tatsächlich gemessenen Drehmoment wir der geschätzte, angenäherte Wert der Viskosität korri giert; und f) die Berechnungen nach den Verfahrensschritten a) bis e) v/erden aufgrund der jeweils korrigierten Werte der Viskosität v/iederholt, bis die Differenz zwischen dem theoretischen und dem tatsächlich gemessenen Drehmomen kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist.
3. Verfahren zur Steuerung der Rührparameter eines Rührpro¬ zesses in einem mit einem Rührwerk ausgestatteten Rühr¬ behälter mittels einer elektronischen Datenverarbeitungs- einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
OMH - die Rührparameter, insbesondere Zusammensetzung des Rührgutes sowie Temperatur und Druck in dem Rührbe¬ hälter, zu Anfang des Rührprozesses über eine Daten¬ eingabestation in die Datenverarbeitungseinrichtung eingegeben werden;
- die Datenverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von den eingegebenen Daten Einrichtungen steuert, welche die Rührparameter bestimmen, insbesondere Einlaßventile zur Beschickung des Rührbehälters mit den Rührgutkompo¬ nenten, Heizeinrichtung des Rührbehälters und Druck¬ regelung;
- die Datenverarbeitungseinrichtung unter Berücksichti¬ gung der Rührparameter aus der gemessenen Drehzahl des Rührv/erks und dem von diesem abgegebenen Drehmoment unter Ausnutzung der empirisch ermittelten Abhängigkeit zwischen Reynoldzahl und Nusseltzahl die Viskosität des Rührgutes laufend während der verschiedenenen Rührpha¬ sen berechnet; und
- in Abhängigkeit von der berechneten Viskosität des Rührgutes das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Rühr¬ werks so geregelt wird, daß die Leistungsaufnahme des Rührv/erks gleich einer empirisch ermittelten optimalen Leistungsaufnahme ist, bei der für den berechneten Vis¬ kositätswert die Äufrechterhaltung des ablaufenden Rührprozesses noch gewährleistet ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungs- und Steuerfunktionen für das Rührwerk und/oder für die den Rührprozeß bestim¬ menden Rührparameter von einem Mikroprozessor ausgeführt werden, dem ein Programmspeicher und ein nichtflüchtiger Datenspeicher zugeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die empirisch ermittelte Abhängigkeit der optimalen Lei-
O PI - 1° -
stungsaufnahme des Rührwerks von der Viskosität des Rühr gutes in dem Datenspeicher abgespeichert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die empirisch ermittelte Abhängigkeit der Reynold- - zahl von der Nusseltzahl in dem Datenspeicher abgespeich wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Zusammensetzung des Rührgute sein spezifisches Gewicht berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Rührwerks gemessen wird, indem die Stromaufnahme des elektrischen Antriebs¬ motors gemessen und das analoge Meßsignal in ein Digital¬ signal umgesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Drehmoment des Rührv/erks mittels einer Druckdose gemessen wird, die zwischen dem am Gehäus des Rührbehälters drehbar gelagerten Rührv/erksantrieb und einem am Gehäuse des Rührbehälters befestigten Teil angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rührwerks fotoelek¬ trisch gemessen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung die Zuteilung des Rühr¬ gutes in den Rührbehälter gravi etrisch steuert.
12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung die Zuteilung des Rühr¬ gutes in den Rührbehälter volumetrisch steuert.
O PI
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung die Ausgangssignale von Sensoren überv/acht, die für die Betriebssicherheit des Rührsystems charakteristische Größen messen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die allen Rührprozessen gemeinsamen Steuer- und Überwachungsfunktionen durch ein in einem Festwertspeicher gespeichertes festes Programm gesteuert werden und daß die individuellen Rührprozessen und Rühr- Systemen zugeordneten Steuer- und Überwachungsfunktionen durch ein in einem programmierbaren Schreib-Lese-Speicher gespeichertes Programm gesteuert werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß im Anschluß an die Berechnung der Vis¬ kosität in Abhängigkeit von dem berechneten Viskositäts¬ wert eine Temperaturumschaltung vorgenommen v/ird.
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