EP2277627A1

EP2277627A1 - Diskontinuierliche Zentrifuge mit einer Füllgutmengensteuerung und ein Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge

Info

Publication number: EP2277627A1
Application number: EP09075316A
Authority: EP
Inventors: Viktor Janssen; Dominik Neuen; Michael Thelen; Reinhard Sonnenburg
Original assignee: BWS Technologie GmbH
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: WO2011006972A1; RU2012104776A; ATE533561T1; CN102481586A; UA104326C2; BR112012001032A2; EP2277627B1; AU2010272474A1

Abstract

Diskontinuierliche Zentrifuge mit einer Füllgutmengensteuerung und ein Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge Eine Diskontinuierliche Zentrifuge zum Fest-Flüssig-Trennen einer Kristallsuspension weist eine Zentrifugentrommel (2), deren Drehachse (3) mit der Symmetrieachse der zylindrischen Wand (7) der Zentrifugentrommel (2) zusammenfällt und vertikal angeordnet ist sowie in die die Kristallsuspension als ein Füllgut (9) in einer vorherbestimmten Menge einfüllbar ist, und einen kontinuierlich messenden Abstandsmesssensor (15), der im Inneren der Zentrifugentrommel (2) stets außerhalb des Füllguts (9) angeordnet ist seinen Abstand (A1 bis A4) zur freien Oberfläche (10 bis 13) des Füllguts (9) in einer um die Drehachse (3) drehsymmetrischen und im Wesentlichen zur Drehachse senkrechten Messfläche (17) zu bestimmen, sowie eine Steuerungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, die Menge des Füllguts beim darauffolgenden Einfüllen in Abhängigkeit des Abstands (A1 bis A4) angepasst festzulegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine diskontinuierliche Zentrifuge zum Fest-Flüssig-Trennen einer Kristallsuspension und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs der diskontinuierlichen Zentrifuge mit einer Füllgutmengensteuerung.
Eine diskontinuierliche Zentrifuge ist bekannt zum Fest-Flüssig-Trennen von Kristallsuspensionen bei der Herstellung von Nahrungsmitteln. Beispielsweise sind bei der Verarbeitung von Zuckerrohr und Zuckerrüben Magmen Zwischenprodukte, deren Festanteile und Flüssiganteile von der diskontinuierlichen Zentrifuge chargenweise in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten getrennt werden. Die diskontinuierliche Zentrifuge weist eine Zentrifugentrommel auf, die zu Beginn eines jeden Arbeitsschritts mit der Kristallsuspension als ein Füllgut gefüllt wird, wobei die Zentrifuge mit einer Drehzahl von 100 bis 250 Umdrehungen pro Minute rotiert. Nach Beenden des Füllens der Zentrifugentrommel, die dann eine vorherbestimmte Menge des Füllguts enthält, wird die Zentrifugentrommel auf eine hohe Drehzahl im Bereich von 960 bis 1500 Umdrehungen pro Minute beschleunigt. Diese Drehzahl wird so lange aufrechterhalten, bis in dem Füllgut ein gewünschter Trocknungsfortschritt erzielt ist. Danach wird die Zentrifugentrommel wieder abgebremst und mit einer Ausräumeinrichtung wird das Füllgut aus der Zentrifugentrommel ausgeräumt. Nach dem Ausräumen der Zentrifugentrommel ist der Arbeitsschritt beendet und eine neue Charge der Kristallsuspension wird in die Zentrifugentrommel in einem darauffolgenden Arbeitsschritt eingefüllt, geschleudert und ausgeräumt.
Es ist bekannt die Befüllung der Zentrifugentrommel durch einen kapazitiven Berührungssensor zu überwachen, der im Inneren der Zentrifugentrommel als mechanischer Hebel angeordnet ist. Der Berührungssensor ist als eine Elektrode ausgebildet, welche bei Berührung mit dem Füllgut einen Stromkreis schließt und damit einen Kontakt auslöst. Dieser Kontakt wird als ein Signal zum Beenden des Befüllens genommen. Somit ist das Beenden des Befüllens von der Lage des Berührungssensors definiert, wodurch pro Charge dieselbe Menge an Füllgut in die Zentrifugentrommel gefüllt wird. Allerdings ist es für einen sicheren und ruhigen Lauf der Zentrifuge wünschenswert auf Veränderungen im Fließverhalten des Füllguts von Charge zu Charge in Form einer Anpassung der Füllgutmenge pro Charge zu reagieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine diskontinuierliche Zentrifuge und ein Verfahren zum wiederholten, optimalen sowie reproduzierbaren Befüllen der diskontinuierlichen Zentrifuge zu schaffen, wobei die Zentrifuge einen sicheren und ruhigen Lauf im Hinblick auf unterschiedliche Qualitäten der Kristallsuspension und gleichbleibende Qualität der ausgeräumten Kristalle während ihres Betriebs hat.
Die erfindungsgemäße diskontinuierliche Zentrifuge zum Fest-Flüssig-Trennen einer Kristallsuspension weist eine Zentrifugentrommel, deren Drehachse mit der Symmetrieachse der zylindrischen Wand der Zentrifugentrommel zusammenfällt und vertikal angeordnet ist sowie in die die Kristallsuspension als ein Füllgut in einer vorherbestimmten Menge einfüllbar ist, und einen kontinuierlich messenden Abstandssensor, der im Inneren der Zentrifugentrommel stets außerhalb des Füllguts angeordnet ist seinen Abstand zur freien Oberfläche des Füllguts in einer um die Drehachse drehsymmetrischen und im Wesentlichen zur Drehachse senkrechten Messfläche zu bestimmen, sowie eine Steuerungseinrichtung auf, die eingerichtet ist die Menge des Füllguts beim darauffolgenden Einfüllen in Abhängigkeit des Abstands angepasst festzulegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum wiederholten Befüllen der erfindungsgemäßen diskontinuierlichen Zentrifuge weist die Schritte auf: a) Festlegen eines angestrebten Abstandswerts A als den Abstand zwischen dem Abstandsmesssensor und einer freien Oberfläche eines in die Zentrifugentrommel einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von schneller Drehung mit einer hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel gleichmäßig und gleichdick an der Wand der Zentrifugentrommel verteilt angeordnet ist; b) Festlegen eines ersten Abstandswerts A1 als den Abstand zwischen dem Abstandssensor und einer dreidimensional geformten freien Oberfläche des in die Zentrifugentrommel einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von langsamer Drehung mit einer niedrigen Drehzahl der Zentrifugentrommel und des eine gewisse Dauer beanspruchenden Füllvorgangs mit einer dreidimensionalen freien Oberfläche in der Zentrifugentrommel verteilt angeordnet ist; c) Betrieb der Zentrifuge durch Drehen der Zentrifugentrommel bei der niedrigen Drehzahl; d) Befüllen der Zentrifugentrommel mit dem Füllgut bis zu einem ersten Zeitpunkt t1, an dem der Abstandsmesssensor den ersten Abstandswert A1 ermittelt; e) Betrieb der Zentrifuge durch Drehen der Zentrifugentrommel bei der hohen Drehzahl; f) Ermitteln eines vierten Abstandswerts A4 von dem Abstandsmesssensor zu einem vierten Zeitpunkt t4, an dem das Füllgut aufgrund von schneller Drehung mit der hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel gleichmäßig und gleichdick an der Wand der Zentrifugentrommel verteilt angeordnet ist; g) Ermitteln eines neuen ersten Abstandswerts gemäß der Formel A1: = A1 + f[(A4/A1) * (A-A4)], wobei f eine Funktion abhängig von (A4/A1) * (A-A4) ist; h) Entleeren der Zentrifugentrommel von dem Füllgut; i) Festlegen des ersten Abstandswerts A1 als den neuen ersten Abstandswert und Betrieb der Zentrifuge gemäß den Schritten e) bis i).
Die Messfläche ist bevorzugt eine Ebene, deren Normale mit der Drehachse zusammenfällt. Ferner ist der Abstandssensor bevorzugt eine Ultraschallsonde, mit der auf Ultraschall basierend der Abstand messbar ist. Bevorzugtermaßen ist der Abstandsmesssensor beim Betrieb der Zentrifuge relativ zur Drehachse und zur Drehung der Zentrifugentrommel in Ruhe oder alternativ dreht sich der Abstandsmesssensor mit der Zentrifugentrommel mit. Der Abstandsmesssensor ist bevorzugt an einem Längsende eines Stabs angebracht, der mit dem Abstandsmesssensor parallel zur Drehachse in das Innere der Zentrifugentrommel sich erstreckt.
Bevorzugtermaßen ist die Funktion f[(A4/A1) * (A-A4)] = K * [(A4/A1) * (A-A4)] mit K als eine Konstante. Der vierte Zeitpunkt t4 ist bevorzugt der Zeitpunkt, an dem das Füllgut aufgrund von der schnellen Drehung mit der hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel zum ersten Mal gleichmäßig und gleichdick an der Wand der Zentrifugentrommel verteilt angeordnet ist. Die hohe Drehzahl ist bevorzugt wesentlich größer als die niedrigere Fülldrehzahl (bevorzugt doppelt so groß wie die niedrige Fülldrehzahl, besonders bevorzugt 600 Umdrehungen pro Minute). Die Zentrifugentrommel weist bevorzugt zum Befüllen derselben mit dem Füllgut eine Füllöffnung auf, deren Öffnungsweite umgekehrt proportional zur Funktion f[(A4-A1)/(t4-t1)] gesteuert wird. Bevorzugt ist, dass die niedrige Drehzahl bei 160 bis 200 Umdrehungen pro Minute liegt. Die Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem vierten Zeitpunkt t4 liegt bevorzugt bei 14 Sekunden. Ferner ist es bevorzugt, dass pro Befüllung aus dem vierten Abstand A4 und der Funktion f[(A4-A1) / (t4-t1)] das Volumen des in die Zentrifugentrommel gefüllten Füllguts ermittelt wird. Das Entleeren der Zentrifugentrommel gemäß dem Schritt f) wird bevorzugt mit dem Abstandsmesssensor überwacht.
Die Befüllung der Zentrifugentrommel wird somit mit Hilfe des Abstandsmesssensors berührungslos überwacht. Dadurch ist eine Berührung von dem Abstandsmesssensor und einem diesen haltenden Stab mit dem Füllgut unterbunden, wodurch für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Zentrifuge und des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von einem Lebensmittel eine entsprechend geforderte hohe hygienische Anforderung erfüllbar ist.
Der Abstandsmesssensor erfasst beim Betrieb der Zentrifuge kontinuierlich den Abstand zur Wand der Zentrifugentrommel bei der leeren Zentrifugentrommel sowie den Abstand zur Oberfläche des Füllguts ab Abfüllung bis zum Chargenende, an dem die Kristalle ausgeräumt und ein Waschen der Zentrifugentrommel vorgenommen wird. Bevorzugtermaßen liegt die Drehzahl beim Befüllen der Zentrifugentrommel bei der niedrigen Drehzahl, wobei die niedrige Drehzahl in Abhängigkeit vom Fließverhalten des Füllguts gewählt werden kann. Auf das Füllgut in der Zentrifugentrommel wirken sowohl die Erdbeschleunigung als auch die Fliehkraft hervorgerufen durch die Drehung der Zentrifugentrommel. Beim Betrieb der Zentrifugentrommel bei der niedrigen Drehzahl insbesondere während des Füllvorgangs ist die freie Oberfläche des Füllguts als eine Rotationsparabel geformt. Wird die Drehzahl der Zentrifugentrommel auf die hohe Drehzahl erhöht, so legt sich das Füllgut gleichdick und rotationssymmetrisch an die Wand der Zentrifugentrommel an, wobei die freie Oberfläche des Füllguts einen um die Drehachse symmetrisch angeordneten Zylinder beschreibt. Die Abweichung des vierten Abstandswerts A4 von dem angestrebten Abstandswert A ist ein Maß für die Abweichung des in der Zentrifugentrommel sich befindlichen Volumens des Füllguts von einem angestrebten Volumen des Füllguts, das von dem Abstandswert A repräsentiert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine kontinuierliche Annäherung des vierten Abstandswerts an den angestrebten Abstandswert und somit des Füllgutvolumens an ein angestrebtes Füllgutvolumen erreicht.
(A4-A1)/(t4-t1) entspricht der Füllgeschwindigkeit beim Befüllen der Zentrifugentrommel mit dem Füllgut. Die Füllgeschwindigkeit ist ein Maß für die Zähigkeit des Füllguts, wobei das Füllgut mit hoher Zähigkeit langsamer fließt als das Füllgut mit niedrigerer Zähigkeit. Vorteilhaft wird die Öffnungsweite der Füllöffnung in Abhängigkeit der Füllgutzähigkeit gesteuert. Ist die Zähigkeit des Füllguts hoch und somit die Füllgeschwindigkeit niedrig, so ist die Öffnungsweite groß, wohingegen bei kleiner Zähigkeit des Füllguts und somit hoher Füllgeschwindigkeit eine kleine Öffnungsweite eingestellt wird. Ferner wird vorteilhaft die niedrige Drehzahl, bei der die Zentrifugentrommel beim Befüllen mit dem Füllgut rotiert, in Abhängigkeit von dem Füllgutfließverhalten angepasst gewählt.
Pro Charge liegt ein entsprechender vierter Abstand A4, somit ein entsprechendes Füllgutvolumen, sowie eine entsprechende Füllgutgeschwindigkeit vor, woraus sich eine entsprechend abgeschleuderte Kristallmenge ermitteln lässt. Diese Daten können beim Betrieb der Zentrifuge entsprechend protokolliert werden.
Nach dem Befüllen der Zentrifugentrommel mit dem Füllgut wird die Zentrifugentrommel auf die hohe Drehzahl beschleunigt. Die in dem Füllgut befindlichen Kristalle (feste Phase) werden nun von der flüssigen Phase (beispielsweise Sirup) unter Einwirkung der Zentrifugalkraft getrennt. Dabei nimmt der vierte Abstand A4 zu, wobei diese Zunahme als ein Maß für das Entwässerungsverhalten (Drainage) des Füllguts ist. Nach dem Schleudervorgang wird die Zentrifugentrommel auf eine Ausräumdrehzahl gebremst, wobei ein mechanischer Ausräumer die in der Zentrifugentrommel verbleibenden Kristalle von der Wand der Zentrifugentrommel abschabt. Dieser Vorgang kann ebenfalls bevorzugt von dem Abstandsmesssensor überwacht werden. Der dabei gemessene vierte Abstand A4 ist bei vollständigem Ausschaben der Zentrifugentrommel der Radius der Zentrifugentrommel. Ist der von dem Abstandsmesssensor gemessene vierte Abstand A4 deutlich kleiner als der Durchmesser der Zentrifugentrommel, ist es offensichtlich, dass noch Kristallreste an der Wand der Zentrifugentrommel anhaften und somit ein weiteres Ausschaben der Zentrifugentrommel notwendig ist.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentrifuge anhand der beigefügten schematischen und modellhaften Zeichnung erläutert. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel der Zentrifuge.
Wie es aus Figur 1 ersichtlicht ist, weist eine diskontinuierliche Zentrifuge 1 eine Zentrifugentrommel 2 auf, die um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Die Zentrifugentrommel 2 weist ferner eine Spindel 4 auf, die zum Drehantreiben der Zentrifugentrommel 2 dient und mit einer Nabe 5 fest verbunden ist, auf der die Zentrifungentrommel 2 gelagert ist. An der Nabe 5 weist die Zentrifuge 1 innerhalb der Zentrifugentrommel 2 einen Verteiler 6 auf, der als eine Kegelstumpffläche ausgebildet ist. Die Zentrifugentrommel 2 ist von einer um die Drehachse 3 symmetrisch angeordneten zylindrischen Wand 7 und einen die zylindrische Wand 7 abschließenden Deckel 8 gebildet. Die Zentrifugentrommel 2 ist in Figur 1 mit ihrer Drehachse 3 als vertikal verlaufend angeordnet.
Beim Befüllen der Zentrifugentrommel 2 bei einer der Chargen wird Füllgut 9 in die Zentrifugentrommel 2 gefüllt. Beim Befüllen der Zentrifugentrommel 2 mit dem Füllgut 9 rotiert die Zentrifugentrommel 2 bei einer Fülldrehzahl, die zwischen 160 und 200 Umdrehungen pro Minute liegt. Dabei wird an der Oberseite des Füllguts 9 eine freie Oberfläche ausgebildet, die nach Beendigung des Befüllens von einer Rotationsparabel beschrieben ist, die in Figur 1 mit 10 bezeichnet ist.
Nach dem Befüllen der Zentrifugentrommel 2 mit dem Füllgut 9 wird die Zentrifugentrommel 2 von der Fülldrehzahl auf eine Schleuderdrehzahl beschleunigt, die zwischen 900 und 1500 Umdrehungen pro Minute liegt. Der Beschleunigungsvorgang startet bei einem ersten Zeitpunkt, dauert an über einen zweiten und einen dritten Zeitpunkt und endet an einem vierten Zeitpunkt. Zum zweiten Zeitpunkt beschreibt die freie Oberfläche des Füllguts 9 eine Rotationsparabel, die in Figur 1 mit 11 bezeichnet ist und steiler als die zum ersten Zeitpunkt vorliegende Rotationsparabel 10 ist. Ferner liegt zum dritten Zeitpunkt eine die freie Oberfläche des Füllguts 9 beschreibende Rotationsparabel 12 vor, die steiler als die zum zweiten Zeitpunk vorliegende Rotationsparabel 11 ist. Schließlich hat sich zum vierten Zeitpunkt das Füllgut beim Beschleunigen der Zentrifugentrommel 2 derart an der zylindrischen Wand 7 der Zentrifugentrommel 2 verteilt, dass die freie Oberfläche des Füllguts 9 im vierten Zeitpunkt von einem um die Drehachse 3 symmetrischen Zylinder 13 beschrieben ist.
In der Zentrifugentrommel 2 ist ferner ein Abstandsmesssensor 15 als ein Ultraschallsensor vorgesehen, der derart innerhalb der Zentrifugentrommel 2 angeordnet ist, dass er beim Beschleunigen der Zentrifugentrommel stets außerhalb des Füllguts 9 sich befindet. Die Zentrifuge 1 weist einen Stab 18 mit einem Längsende 19 auf, wobei der Stab 18 am Deckel des die Zentrifugentrommel 2 umgebenden Gehäuses (nicht gezeigt) ortsfest angebracht ist und parallel zur Drehachse 3 in das Innere der Zentrifugentrommel 2 mit seinem Längsende 19 ragt, an dem der Abstandsmesssensor 15 befestigt ist.
Der Abstandsmesssensor 15 emittiert ständig Ultraschall, der in Form eines Ultraschallkegels 16, der symmetrisch zu einer zur Drehachse 3 senkrechten Ebene 17 liegt, von dem Abstandsmesssensor 15 erzeugt wird. Der von dem Abstandsmesssensor 15 emittierte Ultraschall trifft auf die freie Oberfläche des Füllguts 9 in einem ersten Abstandspunkt 20, sodass ein erster Abstand A1 zwischen dem Abstandsmesssensor 15 und dem ersten Abstandspunkt 20 gemessen werden kann. In analoger Weise ist dies zum zweiten Zeitpunkt mit einem zweiten Abstandspunkt 21 auf der freien Oberfläche des Füllguts 9 der Fall, sodass ein zweiter Abstand A2 von dem Abstandsmesssensor 15 gemessen werden kann. Zum dritten Zeitpunkt trifft der Ultraschall auf einen dritten Abstandspunkt 22 der freien Oberfläche des Füllguts 9, sodass ein dritter Abstand A3, der zwischen dem dritten Abstandspunkt 22 und dem Abstandsmesssensor 15 vorliegt, von diesem gemessen werden kann. Zum vierten Zeitpunkt definiert ein vierter Abstandspunkt 23 in analoger Weise den vierten Abstand A4 zwischen dem Abstandsmesssensor 15 und der freien Oberfläche des Füllguts 9.
Die Menge des Füllguts 9 in der Zentrifugentrommel 2 ist vorherbestimmt vorgegeben durch eine Lage einer vorherbestimmten freien Oberfläche 14 zum vierten Zeitpunkt. Die Lage der freien Oberfläche 14 zum vierten Zeitpunkt definiert ein vorherbestimmter Abstand A zwischen einem vorherbestimmten Abstandspunkt 24 der vorherbestimmten freien Oberfläche 14 zum vierten Zeitpunkt und dem Abstandsmesssensor 15. Der Unterschied zwischen dem vorherbestimmten Abstand A und dem zum vierten Zeitpunkt vorliegenden vierten Abstand A4 bestimmt eine Abstandsdifferenz 25. Die Abstandsdifferenz 25 geht ein in einen Algorithmus zum kontinuierlichen Annähern des Füllgutvolumens in der Zentrifugentrommel 2 beim diskontinuierlichen Betrieb der Zentrifuge 1.
Der Algorithmus weist die Schritte auf: a) Festlegen eines angestrebten Abstandswerts A als den Abstand zwischen dem Abstandsmesssensor 15 und einer freien Oberfläche 14 eines in die Zentrifugentrommel 2 einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von schneller Drehung mit einer hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel 2 gleichmäßig und gleichdick an der Wand 7 der Zentrifugentrommel 2 verteilt angeordnet ist; b) Festlegen eines ersten Abstandswerts A1 als den Abstand zwischen dem Abstandssensor 15 und einer dreidimensional geformten freien Oberfläche 10 des in die Zentrifugentrommel 2 einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von langsamer Drehung mit einer niedrigen Drehzahl der Zentrifugentrommel 2 und des eine gewisse Dauer beanspruchenden Füllvorgangs mit der dreidimensionalen freien Oberfläche 10 in der Zentrifugentrommel 2 verteilt angeordnet ist; c) Betrieb der Zentrifuge 1 durch Drehen der Zentrifugentrommel 2 bei der niedrigen Drehzahl; d) Befüllen der Zentrifugentrommel 2 mit dem Füllgut 9 bis zu einem ersten Zeitpunkt t1, an dem der Abstandsmesssensor 15 den ersten Abstandswert A1 ermittelt; e) Betrieb der Zentrifuge 1 durch Drehen der Zentrifugentrommel 2 bei der hohen Drehzahl; f) Ermitteln eines vierten Abstandswerts A4 von dem Abstandsmesssensor 15 zu einem vierten Zeitpunkt t4, an dem das Füllgut 9 aufgrund von schneller Drehung mit der hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel 2 gleichmäßig und gleichdick an der Wand 7 der Zentrifugentrommel 2 verteilt angeordnet ist;
g) Ermitteln eines neuen ersten Abstandswerts gemäß der Formel A1: = A1 + K[(A4/A1) * (A-A4)], wobei K eine Konstante ist; h) Entleeren der Zentrifugentrommel 2 von dem Füllgut 9; i) Festlegen des ersten Abstandswerts A1 als den neuen ersten Abstandswert und Betrieb der Zentrifuge 1 gemäß den Schritten e) bis h).

Bezugszeichenliste

1: Zentrifuge
2: Zentrifugentrommel
3: Drehachse
4: Spindel
5: Nabe
6: Verteiler
7: zylindrische Wand
8: Deckel
9: Füllgut
10: freie Oberfläche des Füllguts zum ersten Zeitpunkt
11: freie Oberfläche des Füllguts zum zweiten Zeitpunkt
12: freie Oberfläche des Füllguts zum dritten Zeitpunkt
13: freie Oberfläche des Füllguts zum vierten Zeitpunkt
14: vorherbestimmte freie Oberfläche zum vierten Zeitpunkt
15: Abstandsmesssensor
16: Ultraschallkegel
17: Messebene
18: Stab
19: Längsende
20: Abstandspunkt zum ersten Zeitpunkt (A1)
21: Abstandspunkt zum zweiten Zeitpunkt (A2)
22: Abstandspunkt zum dritten Zeitpunkt (A3)
23: Abstandspunkt zum vierten Zeitpunkt (A4)
24: vorherbestimmter Abstandspunkt (A)
25: Abstandsdifferenz

Claims

Diskontinuierliche Zentrifuge zum Fest-Flüssig-Trennen einer Kristallsuspension, mit einer Zentrifugentrommel (2), deren Drehachse (3) mit der Symmetrieachse der zylindrischen Wand (7) der Zentrifugentrommel (2) zusammenfällt und vertikal angeordnet ist sowie in die die Kristallsuspension als ein Füllgut (9) in einer vorherbestimmten Menge einfüllbar ist, und einem kontinuierlich messenden Abstandsmesssensor (15), der im Inneren der Zentrifugentrommel (2) stets außerhalb des Füllguts (9) angeordnet ist seinen Abstand (A1 bis A4) zur freien Oberfläche (10 bis 13) des Füllguts (9) in einer um die Drehachse (3) drehsymmetrischen und im Wesentlichen zur Drehachse senkrechten Messfläche (17) zu bestimmen, sowie einer Steuerungseinrichtung, die eingerichtet ist, die Menge des Füllguts beim darauffolgenden Einfüllen in Abhängigkeit des Abstands (A1 bis A4) angepasst festzulegen.
Diskontinuierliche Zentrifuge gemäß Anspruch 1, wobei die Messfläche (17) eine Ebene ist, deren Normale mit der Drehachse (3) zusammenfällt.
Diskontinuierliche Zentrifuge gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstandssensor (15) eine Ultraschallsonde ist, mit der auf Ultraschall basierend der Abstand (A1 bis A4) messbar ist.
Diskontinuierliche Zentrifuge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstandsmesssensor (15) beim Betrieb der Zentrifuge (1) relativ zur Drehachse (3) und zur Drehung der Zentrifugentrommel (2) in Ruhe ist oder sich mit der Zentrifugentrommel (2) mitdreht.
Diskontinuierliche Zentrifuge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstandsmesssensor (15) an einem Längsende (19) eines Stabs (18) angebracht ist, der mit dem Abstandsmesssensor (15) parallel zur Drehachse (3) in das Innere der Zentrifugentrommel sich erstreckt.
Verfahren zum wiederholten Befüllen einer diskontinuierlichen Zentrifuge (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:
a) Festlegen eines angestrebten Abstandswerts A als den Abstand zwischen dem Abstandsmesssensor (15) und einer freien Oberfläche (14) eines in die Zentrifugentrommel (2) einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von schneller Drehung mit einer hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel (2) gleichmäßig und gleichdick an der Wand (7) der Zentrifugentrommel (2) verteilt angeordnet ist;

b) Festlegen eines ersten Abstandswerts A1 als den Abstand zwischen dem Abstandssensor (15) und einer dreidimensional geformten freien Oberfläche (10) des in die Zentrifugentrommel (2) einzufüllenden Füllguts unter der Maßgabe, dass das Füllgut aufgrund von langsamer Drehung mit einer niedrigen Drehzahl der Zentrifugentrommel (2) und des eine gewisse Dauer beanspruchenden Füllvorgangs mit der dreidimensionalen freien Oberfläche (10) in der Zentrifugentrommel (2) verteilt angeordnet ist;

c) Betrieb der Zentrifuge (1) durch Drehen der Zentrifugentrommel (2) bei der niedrigen Drehzahl;

d) Befüllen der Zentrifugentrommel (2) mit dem Füllgut (9) bis zu einem ersten Zeitpunkt t1, an dem der Abstandsmesssensor (15) den ersten Abstandswert A1 ermittelt;

e) Betrieb der Zentrifuge (1) durch Drehen der Zentrifugentrommel (2) bei der hohen Drehzahl;

f) Ermitteln eines vierten Abstandswerts A4 von dem Abstandsmesssensor (15) zu einem vierten Zeitpunkt t4, an dem das Füllgut (9) aufgrund von schneller Drehung mit der hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel (2) gleichmäßig und gleichdick an der Wand (7) der Zentrifugentrommel (2) verteilt angeordnet ist;

g) Ermitteln eines neuen ersten Abstandswerts gemäß der Formel A1: = A1 + f[(A4/A1) * (A-A4)], wobei f eine Funktion abhängig von (A4/A1) * (A-A4) ist;

h) Entleeren der Zentrifugentrommel (2) von dem Füllgut (9);

i) Festlegen des ersten Abstandswerts A1 als den neuen ersten Abstandswert und Betrieb der Zentrifuge (1) gemäß den Schritten e) bis i).
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Funktion f[(A4/A1) * (A-A4)] = K * [(A4/A1) * (A-A4)] ist mit K als eine Konstante.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der vierte Zeitpunkt t4 der Zeitpunkt ist, an dem das Füllgut (9) aufgrund von der schnellen Drehung mit der hohen Drehzahl der Zentrifugentrommel (2) zum ersten mal gleichmäßig und gleichdick an der Wand (7) der Zentrifugentrommel (2) verteilt angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die hohe Drehzahl größer als doppelt so groß wie die niedrige Drehzahl ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Zentrifugentrommel (2) zum Befüllen derselben mit dem Füllgut (9) eine Füllöffnung aufweist, deren Öffnungsweite umgekehrt proportional zur Funktion f[(A4-A1)/(t4-t1)] gesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die niedrige Drehzahl proportional zur Funktion f[(A4-A1)/(t4-t1)] gesteuert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die niedrige Drehzahl bei 160 bis 200 Umdrehungen pro Minute liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt (t1) und dem vierten Zeitpunkt (t4) bei 14 Sekunden liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei pro Befüllung aus dem vierten Abstand (A4) und der Funktion f[(A4-A1) / (t4-t1)] das Volumen des in die Zentrifugentrommel (2) gefüllten Füllguts (9) ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei das Entleeren der Zentrifugentrommel (2) gemäß dem Schritt f) mit dem Abstandsmesssensor (15) überwacht wird.