EP3638411B1 - Method and mixing device for controlling the introduction of a pulverulent material into a liquid for an inline mixing method - Google Patents

Method and mixing device for controlling the introduction of a pulverulent material into a liquid for an inline mixing method Download PDF

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EP3638411B1
EP3638411B1 EP18718687.9A EP18718687A EP3638411B1 EP 3638411 B1 EP3638411 B1 EP 3638411B1 EP 18718687 A EP18718687 A EP 18718687A EP 3638411 B1 EP3638411 B1 EP 3638411B1
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Mikkel Mork Nielsen
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Definitions

  • the invention relates to a first method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing process according to independent claim 1 and a corresponding second method according to the preamble of independent claim 2, in which the introduction and treatment of the powdery Substance takes place under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel, as well as a mixing device for carrying out the respective process.
  • mixer technology With a view to the introduction of a powdery substance into a liquid and its uniform distribution and, if necessary, dissolution in the liquid, mixer technology knows mixing processes that are operated intermittently (so-called batch process) or continuously (so-called inline process).
  • the mixing of liquid and powdery substance is carried out kinetically in a so-called discontinuously operated reaction vessel (mixing vessel).
  • a certain amount of liquid is placed in the mixing container and powdery substance is added until a desired or systematically predetermined dry substance concentration of the powdery substance is present in the liquid.
  • Powdered substance and liquid are preferably continuously stirred and / or mixed to form a mixed product and the mixed product is homogenized with the aim of uniformly distributing the powdery substance.
  • the powdery substance can be fed in continuously or discontinuously.
  • a mixed product produced in a first phase and corresponding to the single-pass process is recirculated through the mixing container in a second phase, with pulverulent material still being fed in either continuously or discontinuously.
  • the mixed product is recirculated until it has a dry matter concentration that has grown to a predetermined end value.
  • various forms of the method are known which provide that the entire mixed product discharged from the mixing container is either passed directly through the mixing process again or first passed through a storage volume and then likewise fed back into the mixing process. Any distribution ratios can be implemented between these two forms.
  • the present invention deals exclusively with mixing processes which are operated in the inline process and here in all possible forms (single pass and any variants of the multiple pass process).
  • Mixing methods in this regard and the associated mixing devices were made known to the public, for example, at the following Internet link: "http://www.gea.com/de/products/High-Shear-Inline-Mixer.jsp”.
  • the U.S. 3,425,667 A describes a one-pass process for the continuous, controlled mixing of pigments and fillers with binder solutions or other liquids, in which solid and liquid components are in a controlled manner Quantities fed into a flow mixer and mixed there with one another.
  • the control involves measuring the ratio of liquid and solid components in the mixture after the mixture has passed through the flow mixer.
  • the regulation of the supply of liquid takes place as a function of this measurement, the regulation of the supply of solids comprising separate control means.
  • the above-mentioned mixing devices preferably also include so-called vacuum mixers, which have a mixing container with a stirring and / or shearing and homogenizing device.
  • the free surface of the liquid, which in the mixing container can, for example, have a free fill level with a height of between 0.4 and 4 m, is subject to a negative pressure corresponding to this height range compared to atmospheric pressure of, for example, 0.2 to 0.8 bar, so that the Liquid can on the one hand be freed from gas components more easily during the mixing process and on the other hand has a negative pressure compared to atmospheric pressure in the bottom area of the mixing container under all operating conditions.
  • the powdery substance is introduced into the mixing container via an opening in the container wall below the free fill level.
  • This opening continues in a tubular inlet connection in the direction of the outside of the mixing container, to which a pipeline leading, for example, to a powder storage container is connected.
  • the inlet nozzle and thus the pipeline can be shut off via an inlet valve that controls the supply of the powdery substance, so that, on the one hand, the mixing device is closed off from its surroundings via this path and, on the other hand, an amount of the powdery substance in the powder storage container is automatically fed to the liquid if necessary due to the prevailing pressure conditions can be.
  • a related mixing device with a preferably discontinuous supply of the powdery substance is in the document DE 10 2015 016 766 A1 described.
  • a discontinuous supply of the powdery substance as for example in the DE 10 2015 016 766 A is disclosed, has the advantage that the supply always takes place via the fully open position of the inlet valve designed as a lift valve and thereby the risk of clogging of the inlet valve is minimized.
  • Addicted from the duration of the respective open position more or less large amounts of the powdery substance are introduced into the liquid in bursts, so that there is basically the risk that there will be corresponding agglomerations of the powdery substance, which are caused by the stirring and / or shearing and homogenizing
  • the device must be completely dissolved until the subsequent entry of powdery substance, while at the same time striving for as uniform a distribution of the powdery substance as possible.
  • the object of the present invention is to develop two generic methods for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing process and associated mixing devices for carrying out the respective process in such a way that the above-mentioned disadvantages of the prior art be eliminated.
  • this object is achieved by a first method with the features of independent claim 1 and by a second method with the features of independent claim 2. Furthermore, the object is achieved in terms of device technology by a mixing device for performing the respective method with the features of claims 12 and 13, respectively.
  • the invention is based on a method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing method, where the term “component” is to be understood in such a way that it can generally involve discrete liquids that are separate from one another and that can also be fed to the mixing process separately from one another.
  • This first process a so-called single-pass process or a single-stage process, is typically used for the production of low-viscosity base sludge with a low dry matter concentration or, for example, for skimmed milk powder in water or cocoa powder in milk or, more generally, when a powdery substance with good solubility in needs to be resolved in a short time.
  • the introduction and treatment of the pulverulent substance takes place under the conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel, namely in such a way that the liquid is fed continuously and the pulverulent substance discontinuously to a mixing container, the goal being a predetermined time constant dry matter concentration of the powdery substance in the liquid.
  • the liquid and the powdery substance are continuously stirred and / or mixed to form a mixed product and the mixed product is homogenized.
  • the treatment processes “stirring”, in which no or only a very low mechanical force is applied to the mixed product, and “mixing”, in which a significant shear force is applied to the mixed product and therefore the “mixing” in this regard as well is classified as “shearing”, with “homogenizing” mostly being an integral part of mixing.
  • the mixed product is continuously discharged according to the added amounts of liquid and powdery substance.
  • a recipe for the mixed product is given, at least with regard to the given dry matter concentration, and the reaction conditions are given in each case in the form of default data.
  • the reaction conditions provide that the powdery substance is sucked in by a negative pressure (vacuum) in the head space of the mixing container compared to atmospheric pressure.
  • the dosing pulses are each caused by a mass flow of the powdery substance ⁇ P , a duration of the dosing pulse ⁇ t1 and a time interval between adjacent dosing pulses ⁇ t2.
  • a significant technical control feature is that a time-dependent current consumption I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product.
  • I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product.
  • the latter always occurs approximately in the form of a Gaussian normal distribution when a defined amount of powdery substance m P is introduced into the mixing process or the mixing container and treated in pulses.
  • the time-dependent current consumption I (t) subsides, to a reference current consumption I o , which is characteristic of the completely homogenized mixed product performing stirring and / or shearing and homogenizing performance.
  • the relevant reference current consumption I o is stored in the default data and can be used from there, and it depends on the recipe of the mixed product and the reaction conditions for the mixing process.
  • the core of the control measure according to the invention is that the duration of the dosing pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 are selected in such a way that at the end of the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2, the time-dependent current consumption I (t) for stirring and / or shearing is determined and homogenizing the temporarily present mixed product approximates the reference current consumption I o , which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.
  • the invention is based on a known method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing method, which is also classified as a multi-pass method or multi-stage process.
  • the multi-pass process is typically used for mixed products that ultimately have a higher dry matter concentration and / or a higher viscosity, for example when larger amounts of powdery substance have to be emulsified, for example with oil, gum or aromas, because these mixed products with the single pass procieedings cannot be represented.
  • the introduction and treatment of the pulverulent substance, from a reaction kinetic point of view takes place again, as in the first method, under the conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel.
  • the second method is characterized in a manner known per se in such a way that in a first phase liquid is placed in a mixing container and the powdery substance is fed discontinuously to this liquid, with a dry substance concentration being reached at the end of the first phase that is below one for the The end value specified at the end of the entire mixing process is.
  • the liquid and the powdery substance are continuously stirred and / or mixed into a mixed product in the first phase and the mixed product is homogenized.
  • the mixed product obtained in the first phase is recirculated via the mixing container and quantities of pulverulent material corresponding to the recirculated amount of mixed product are also added discontinuously.
  • the quantity balance is accordingly designed in the second phase at a constant fill level according to the continuity condition in such a way that the mass flow of mixed product discharged from the mixing process corresponds to the mass flow of mixed product routed via the recirculation plus the dosed mass flow of powdery substance.
  • the mixed product is recirculated until a time-dependent course of a dry matter concentration of the powdery substance in the mixed product has grown to a predetermined end value.
  • a recipe for the mixed product is given, at least with regard to the time-dependent curve of a dry matter concentration associated with the given end value, and the reaction conditions are given in the form of default data.
  • the inventive solution concept consists in the second method that the discontinuous supply of the pulverulent substance in a manner known per se takes place in pulses by a chronological sequence of metering pulses.
  • the reaction conditions provide, in a preferred embodiment and in line with the first method, that the powdery substance is sucked in by a negative pressure (vacuum) in the head space of the mixing container compared to atmospheric pressure.
  • the metering pulses are each characterized by a mass flow of the powdery substance ⁇ P , a duration of the metering pulse ⁇ t1 and a time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2.
  • a significant technical control feature is that a time-dependent current consumption I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product.
  • I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product.
  • the latter always occurs in the form of an approximately Gaussian normal distribution when a defined amount of powder Substance is introduced and treated in pulses in the mixing process or the mixing container.
  • the time-dependent current consumption I (t) subsides, namely on a time-dependent course a reference current consumption I o (t), which is characteristic of the stirring and / or shearing and homogenizing power to be provided on the homogenized mixed product under the conditions of the assigned time-dependent curve of a dry matter concentration c (t).
  • the related course of a reference current consumption I o (t) is stored in the specification data and can be drawn from there, and it depends on the recipe of the mixed product and the reaction conditions for the mixing process.
  • the duration of the dosing pulse ⁇ t1 for the subsequent dosing pulse is shortened in the first case and lengthened in the second case.
  • This technical control measure with a variable duration-time interval ratio V requires the control to be able to shorten or lengthen the duration of the metering pulse ⁇ t1 with an unchanging time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 or to adequately lengthen the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 with the same duration of the metering pulse ⁇ t1 or shorten it.
  • the control-technical measure according to the invention therefore essentially consists in both embodiments of the second method in that the duration of the metering pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 are selected in such a way that at the respective end of the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 the time-dependent determined current consumption I (t) for stirring and / or shearing and homogenizing the temporarily present mixed product approximates the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.
  • the second method which is primarily suitable for increasing the dry matter concentration to a predetermined final value, provides that the recirculated mixed product is divided into a first portion and a second portion, that the first portion is fed directly to the mixing process and that the complementary second portion is guided over a storage volume and then also fed to the mixing process.
  • This division offers the possibility, as is proposed, of setting the first portion recirculated directly via the mixing process between zero and one hundred percent of the recirculated mixed product.
  • Such a configuration and mode of operation offers the possibility of concentrating smaller amounts of the desired mixed product exclusively in the mixing container with the maximum possible first proportion (100%).
  • the mass flow of the pulverulent substance is constant over the duration of the metering pulse. This is ensured in particular by the fact that a controllable opening for the supply of the powdery substance only assumes either a fully open position or a closed position.
  • a different embodiment for both methods provides that the shortening or lengthening of the duration of the metering pulse takes place when a current corridor determined by a permissible current overrun or a permissible undercurrent through an upward deviating current corridor Current consumption or a current consumption deviating downwards is left.
  • the permissible current excess and the permissible current shortfall are each represented by a percentage of the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption is determined.
  • the degree of shortening or lengthening of the duration of the metering pulse is determined as a function of the degree of deviation of the time-dependent current consumption from the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption.
  • control of the introduction of the powdery substance into the at least one liquid is based on further recipe-dependent default data from empirical values previous mixing processes are obtained and stored, these default data being a flow rate of the at least one liquid, a mixing or solution temperature (reaction temperature), a pressure above the liquid column from which a reaction pressure results, speeds of devices for stirring and / or shearing and homogenizing and a permissible current exceedance and a permissible current undercurrent are dependent on the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption.
  • reaction temperature mixing or solution temperature
  • a further embodiment provides for both methods that the target-oriented recipe-dependent control parameters obtained in the course of the control of the introduction of the powdery substance into the at least one liquid, namely the duration of the metering pulse and the time interval between adjacent metering pulses, stored and used for subsequent controls of the same recipes.
  • a mixing device for carrying out the first method consists in a manner known per se of a mixing container which has an inlet connection for the supply for a liquid, an outlet nozzle for discharging a mixed product and a stirring device and / or a shearing and homogenizing device.
  • An inlet valve with a valve closing member is arranged on the mixing container. The inlet valve can be adjusted with the valve closing element either between completely closed (closed position) or completely open (open position). A powdery substance is introduced into the liquid with the inlet valve, with the valve closing element being able to be moved into the closed or open position with a control device assigned to the inlet valve.
  • the control device of the mixing device provides recipe-dependent specification data and recipe-dependent control parameters in the form of the duration of the metering pulse and the time interval between adjacent metering pulses. Furthermore, according to the invention, the control device has at least one signal pickup designed as a measuring device, which detects a time-dependent current consumption of the stirring device and / or the shearing and homogenizing device. Equipped with these properties, the control device controls the closed or open position of the valve closing element as a function of the time-dependent power consumption and in relation to the specified data and the control parameters.
  • a mixing device for carrying out the second method is constructed essentially adequately to the mixing device for carrying out the first method.
  • the difference results from the task on which the second method is based, to achieve the greatest possible concentration of small to large amounts of mixed product with powdery substance by recirculating the mixed product.
  • a structural addition to the mixing device is provided in the form of a circulation line, which branches off from a line connected to the outlet connection and opens directly into the mixing container.
  • an advantageous embodiment provides that the valve closing member is designed, at least in its powder-loaded area, as a cylindrical rod of the same diameter, on which a valve disk is molded with the same diameter.
  • the valve closing member with its valve disk is largely moved out of the fully developed flow of the powdery substance due to this embodiment, so that on the one hand it does not represent a flow obstacle and on the other hand there is a seat seal that is accommodated in the valve disk the vicinity of the wall of a valve housing and thus outside the fully developed flow area of the pipe flow and is therefore only affected by the stagnant flow close to the wall in this edge area.
  • a mixing device 1000 has, inter alia, a mixing container 100 which consists of a preferably cylindrical container jacket 100.1, an upper container base 100.2 and a lower container base 100.3.
  • the lower container bottom 100.3 preferably tapers downwards, mostly conically or in the form of a circular cone, and at the lower end has an outlet connection 100.4 for a mixed product M, which is discharged with a mass flow of mixed product ⁇ M.
  • a liquid F with a flow rate of liquid ⁇ F is continuously fed to the mixing container 100 via an inlet connection 100.5, which forms a free fill level N above which, in the case of the mixing device 1000 in question (vacuum mixer), a pressure above the liquid column p, a negative pressure, is usually compared to atmospheric pressure, prevails.
  • An inlet valve 20 is arranged on the container jacket 100.1 or the lower container base 100.3.
  • the inlet valve 20 is used for the discontinuous supply of a powdery substance P with a mass flow of powdery substance ⁇ P , which is fed via a feed line 18, into the liquid F or into the mixed product M.
  • the inlet valve 20 is assigned a control device 30, which has a control head housing 14 of the inlet valve 20 communicates via a signal line 22 and, if necessary, the inlet valve 20 is transferred into its open or closed position.
  • a stirring device 24 driven by a first drive motor 40 at a rather low first speed n1, preferably arranged centrally and acting mechanically, which preferably extends down into the area of the lower container bottom 100.3.
  • the required stirring effect can also be achieved by fluid mechanical means, for example by pumping the liquid F or the mixed product M through an in Figure 1 circulation line, not shown, or one as in Figure 1a
  • the circulation line 28 shown having a comparable effect, with preferably tangential entry of the liquid F or the mixed product M into the mixing container 100, can be reached or supported.
  • a shearing and homogenizing device 26 driven by a second drive motor 50 with a rather high second speed n2 is preferably provided in the lower region of the lower container bottom 100.3 and preferably eccentrically in this. This preferably sucks in the liquid F on the one hand from above and on the other hand ejects it in the form of a ring in the area of the lower container bottom 100.3 close to the wall in such a way that a circulation flow directed from the outside inward is preferably formed in the mixing container 100.
  • liquid F and powdery substance P or the mixed product M resulting therefrom are mechanically mixed very intensively and preferably homogenized in the process.
  • the inlet valve 20 is designed as a lift valve ( Figure 2 ).
  • a valve housing 2 it has a valve seat 2a and a valve disk cooperating with it 8a, which is formed on a valve closing member 8.
  • the valve closing member 8 receives a seat seal 10, which in the closed position of the inlet valve 20, in cooperation with the valve seat 2a, effects the seal.
  • the valve seat 2a has a seat opening 2b through which the powdery substance P supplied from the supply line 18 via a pipe connection 2c is introduced into the liquid F ( Figure 1 ).
  • valve closing member 8 It is preferably a spring / piston drive acted upon by pressure medium, a return spring 12 usually moving the valve closing member 8 into its closed position when the drive housing 6 is not acted upon by pressure medium, preferably compressed air.
  • a valve rod 8b which engages the valve plate 8a of the valve closing element 8 and is guided through the drive housing 6 and into the control head housing 14, serves on the drive side for the axial guidance of the valve closing element 8.
  • the valve closing element 8 is at least in its powder-loaded area as a cylindrical rod of the same diameter formed on which the valve disk 8a is formed with the same diameter.
  • valve closing member 8 moving with it its end valve disk 8a and the associated seat seal 10 can be withdrawn as far as possible from the area of the valve housing 2 through which there is a full flow.
  • the control device 30 has at least one signal pickup 16.
  • the at least one signal sensor 16 is a measuring device, for example for mixing parameters, such as the volume flow of liquid ⁇ F , the pressure above the liquid column p in the mixing container 100, a mixing or solution temperature T of the liquid F, a dry matter concentration c or a time-dependent course of a Dry matter concentration c (t), speeds n1, n2 and a time-dependent current consumption I (t) of the stirring and / or shearing and homogenizing device 24, 26.
  • the signal pick-up 16 is shown in FIG Figure 1 shown by way of example for the time-dependent current consumption I (t) of the second drive motor 50 of the shearing and homogenizing device 26.
  • additional or alternatively further measuring devices can be provided which determine the other mixing parameters.
  • a mixing device 1000 for the second method differs from that for the first method only in that a circulation line 28 is provided, which branches off from a line connected to the outlet nozzle 100.4 and opens directly into the mixing container 100, preferably via its own recirculation connection 100.6 .
  • the line connected to the outlet connection 100.4 can be routed through one or more storage tanks and finally connected to the inlet connection 100.5.
  • the introduction and treatment of the pulverulent substance P takes place quasi under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel.
  • the liquid F Via the inlet connection 100.5 with the flow rate of liquid ⁇ F , which in the most general case can be a time-dependent flow rate of liquid ( ⁇ F (t)), continuously and the powdery substance P via the inlet valve 20 discontinuously with the flow rate of powdery substance ⁇ P , which is in In the most general case, a time-dependent mass flow of powdery substance ( ⁇ P (t)) can also be fed to the mixing process in the mixing container 100, the goal being the predetermined, time-unchangeable dry matter concentration c of the powdery substance P in the liquid F.
  • the liquid F and the powdery substance P are continuously stirred and / or mixed to form the mixed product M and the mixed product M is homogenized in the process.
  • the mixed product M is continuously removed with the mixed product ⁇ M according to the supplied amounts of liquid F and powdery substance P.
  • a recipe for the mixed product M, at least with regard to the specified dry matter concentration c, and the reaction conditions in each case in the form of specified data D are specified.
  • the discontinuous supply of the powdery substance P takes place over a period of time t in pulses by a time sequence of metering pulses i ( Figures 3 and 4 ), which are each characterized by the mass flow of the powdery substance ⁇ P , a duration of the dosing pulse ⁇ t1 and a time interval between adjacent dosing pulses ⁇ t2.
  • Time-dependent current consumption I (t) plotted over the corresponding period t is determined or measured.
  • the latter is proportional to a stirring and / or shearing and homogenizing power required for a mixing product M * temporarily present in the mixing container 100 immediately after the dosing pulse i ( Figure 1 ), which is to be applied by the stirring and / or shearing and homogenizing device 24, 26 in this phase of the treatment.
  • the course of the time-dependent current consumption I (t) is similar to a Gaussian normal distribution curve, it increases with the intermittent flow of powdery substance ⁇ P , reaches a maximum, and then after dissolution of the powdery substance P, i.e. with a homogenized mixed product that is then reached M to gradually decrease to an initial value.
  • this typical behavior is used for control purposes in that a reference current consumption I o is used from the specification data D, which is characteristic of the stirring and / or shearing and homogenizing power to be provided on the homogenized mixed product M.
  • the tolerance consists of a specification of a permissible current exceedance ⁇ I1 and a permissible current undercurrent ⁇ I2 ( Figure 3 ).
  • the shortening or lengthening of the duration of the dosing pulse ⁇ t1 occurs when a current corridor determined by the permissible current exceedance ⁇ I1 or the permissible current undercurrent ⁇ I2 due to the time-dependent current consumption I * (t), I ** (t) deviating upwards or downwards. is left.
  • the permissible current excess and the permissible current shortfall ⁇ I1, ⁇ I2 are preferably each determined by a percentage of the assigned reference current consumption I o .
  • the amount of shortening or lengthening of the duration of the metering pulse ⁇ t1 is preferably determined as a function of the amount of deviation of the time-dependent current consumption I (t) from the assigned reference current consumption I o .
  • the permissible current excess ⁇ I1 and permissible current shortfall ⁇ I2 ultimately determined by the respective formulation of the mixed product M can be part of the specification data D for the mixing process.
  • recipe-dependent control parameters S namely the duration of the dosing pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent dosing pulses ⁇ t2, are stored and used for subsequent controls of the same recipes.
  • the control device 30 of the mixing device 100 is set up according to the invention so that it can provide the recipe-dependent default data D and the recipe-dependent control parameters S in the form of the duration of the metering pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2.
  • the control device 30 also has at least the signal pick-up 16 designed as a measuring device ( Figure 1 ), which records the time-dependent current consumption I (t) of the stirring device 24 and / or the shearing and homogenizing device 26 ( Figures 3, 4 ).
  • the control device 30 controls the closed or open position of the valve closing element 8 ( Figure 2 ) as a function of the time-dependent current consumption I (t) and in relation to the default data D and the control parameters S.
  • the introduction and treatment of the pulverulent substance P takes place under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel.
  • liquid F is placed in the mixing container 100 (supply via the inlet connection 100.5) and the powdery substance P is fed to this total liquid F via the inlet valve 20 discontinuously with the mass flow of powdery substance ⁇ P , at the end of the first Phase a dry matter concentration c is reached, which is below a predetermined end value c E for the end of the entire mixing process.
  • the liquid F and the powdery substance P are continuously stirred by means of the stirring device 24 and / or mixed by means of the shearing and homogenizing device 26 to form the mixed product M and the mixed product M is homogenized.
  • the mixed product M obtained in the first phase is recirculated via the mixing container 100 and the recirculated product continues to be used Amount of mixed product M corresponding amounts of powdery substance P supplied discontinuously.
  • the amount of mixed product M discharged into the recirculation can be divided into a first portion a and a second portion b ((a + b) M).
  • the quantity balance is therefore compulsorily based on the continuity condition.
  • the mixed product M is recirculated until a time-dependent course of a dry matter concentration c (t) of the powdery substance P in the mixed product M has grown to the predetermined end value c E.
  • a formulation of the mixed product M is given, at least with regard to the time-dependent curve of a dry matter concentration c (t) assigned to the given end value c E , and the reaction conditions are given in the form of the default data D in each case.
  • the inventive solution concept corresponds in essential features to that according to the first method.
  • the multi-stage process in the second phase of the second method results in the time-dependent course of a dry matter concentration c (t), which ends as planned in the specified end value c E , with between the course of a dry matter concentration c (t) without saturation character ( approximately linear time-dependent course; see Figure 5 ) or with saturation character (degressive time-dependent course; see Figure 6 ) is to be distinguished.
  • the time-dependent course of a dry matter concentration c (t) ending in the predetermined end value c E is defined by the sequence of specific metering pulses i, ie clearly defined by the duration of the metering pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2.
  • the related course of a reference current consumption I o (t) is stored in the specification data D, and it is dependent on the recipe of the mixed product M and the reaction conditions for the mixing process.
  • the duration of the dosing pulse ⁇ t1 for the subsequent dosing pulse is shortened in the first case and lengthened in the second case.
  • the duration of the metering pulse ⁇ t1 is shortened according to the invention with a constant duration-time interval ratio V (as shown in FIG Figure 4 in contrast to Figure 3 is shown qualitatively as an example) or extended.
  • This technical control measure with a fixed time duration / time interval ratio V inevitably leads in the same ratio to a corresponding shortening or lengthening of the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2, based on the subsequent metering pulse i.
  • the mass flow of powdery substance ⁇ P is introduced into an existing almost unchangeable volume of the mixed product V M (V M ⁇ constant) in the time period t of the entire mixing process with an almost unchangeable fill level N in the mixing container 100, with a density ⁇ M of the mixed product M increasing, namely according to the time-dependent course of a dry matter concentration c (t), which grows to the predetermined end value c E.
  • a related course describes a successful mixing process, which on the one hand protects the mixed product M and on the other hand is designed to be energy-efficient. It does not require any control measures in the sense explained above. Only when deviations from the permissible current excess or current shortfall ⁇ I1, ⁇ I2 occur, do the control mechanisms, as used in the first method in connection with the Figures 3 and 4 have been described.
  • control measures with a variable duration-time interval ratio V require the control device 30 to be able to shorten or lengthen the duration of the metering pulse ⁇ t1 with an unchanging time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 or to adequately adjust the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 with the same duration of the metering pulse ⁇ t1 lengthen or shorten.
  • control measures according to the invention therefore essentially consist in both embodiments of the second method in that the duration of the metering pulse ⁇ t1 and the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 are selected in such a way that at the end of the time interval between adjacent metering pulses ⁇ t2 the time-dependent determined current consumption I (t) for stirring and / or mixing and homogenizing the temporarily present mixed product M * approximates the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product M, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.

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Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein erstes Verfahren zur Steuerung der Einbringung eines pulverförmigen Stoffes in eine aus wenigstens einer Komponente bestehende Flüssigkeit für ein Inline-Mischverfahren nach dem Nebenanspruch 1 und ein entsprechendes zweites Verfahren nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 2, bei denen die Einbringung und Behandlung des pulverförmigen Stoffes quasi unter den reaktionskinetischen Bedingungen eines Verweilzeitverhaltens eines kontinuierlich arbeitenden homogenen Reaktionskessels erfolgt sowie eine Mischvorrichtung zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens.The invention relates to a first method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing process according to independent claim 1 and a corresponding second method according to the preamble of independent claim 2, in which the introduction and treatment of the powdery Substance takes place under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel, as well as a mixing device for carrying out the respective process.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Mischertechnologie kennt mit Blick auf die Einbringung eines pulverförmigen Stoffes in eine Flüssigkeit und dessen Gleichverteilung und ggf. Auflösung in der Flüssigkeit Mischverfahren, die absatzweise (sog. Batch-Verfahren) oder kontinuierlich (sog. Inline-Verfahren) betrieben werden.With a view to the introduction of a powdery substance into a liquid and its uniform distribution and, if necessary, dissolution in the liquid, mixer technology knows mixing processes that are operated intermittently (so-called batch process) or continuously (so-called inline process).

Beim Batch-Verfahren wird das Mischen von Flüssigkeit und pulverförmigem Stoff reaktionskinetisch in einem sogenannten diskontinuierlich betriebenen Reaktionskessel (Mischbehälter) durchgeführt. Eine bestimmte Menge Flüssigkeit wird in dem Mischbehälter vorgelegt und es wird so lange pulverförmiger Stoff zugeführt, bis eine gewünschte bzw. planmäßig vorgegebene Trockenstoff-Konzentration des pulverförmigen Stoffes in der Flüssigkeit vorliegt. Pulverförmiger Stoff und Flüssigkeit werden dabei vorzugsweise fortwährend gerührt und/oder zu einem Mischprodukt gemischt und das Mischprodukt wird mit dem Ziel einer Gleichverteilung des pulverförmigen Stoffes homogenisiert. Die Zufuhr des pulverförmigen Stoffes kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.In the batch process, the mixing of liquid and powdery substance is carried out kinetically in a so-called discontinuously operated reaction vessel (mixing vessel). A certain amount of liquid is placed in the mixing container and powdery substance is added until a desired or systematically predetermined dry substance concentration of the powdery substance is present in the liquid. Powdered substance and liquid are preferably continuously stirred and / or mixed to form a mixed product and the mixed product is homogenized with the aim of uniformly distributing the powdery substance. The powdery substance can be fed in continuously or discontinuously.

Beim Inline-Verfahren wird das Mischen von Flüssigkeit und pulverförmigem Stoff reaktionskinetisch in einem sogenannten kontinuierlich betriebenen Reaktionskessel (Mischbehälter) durchgeführt. Dabei wird zwischen einem Eindurchgang- und einem Mehrdurchgang-Verfahren unterschieden. Beim Eindurchgang-Verfahren wird dem Mischbehälter stetig Flüssigkeit und pulverförmiger Stoff, letzterer entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich, zugeführt und es wird aus dem Mischbehälter ein Mischprodukt entsprechend den zugeführten Mengen an Flüssigkeit und pulverförmigem Stoff kontinuierlich abgeführt. Rühren und/oder Mischen bzw. Scheren und Homogenisieren sorgen dafür, so ist das theoretische Postulat, dass das Mischprodukt an jeder Stelle die gleiche Zusammensetzung (z.B. Trockenstoff-Konzentration) hat und keine Temperaturunterschiede auftreten. Die Trockenstoff-Konzentration im abgeführten Mischprodukt bleibt, über die Dauer des Mischprozesses gesehen, unverändert konstant.In the inline process, the mixing of liquid and powdery substance is kinetically reactive in a so-called continuously operated reaction vessel (Mixing tank) carried out. A distinction is made between a single-pass and a multi-pass process. In the single-pass process, liquid and powdery substance, the latter either continuously or discontinuously, is continuously fed to the mixing container, and a mixed product is continuously discharged from the mixing container in accordance with the supplied amounts of liquid and powdery substance. Stirring and / or mixing or shearing and homogenizing ensure, according to the theoretical postulate, that the mixed product has the same composition (eg dry matter concentration) at every point and that no temperature differences occur. The dry matter concentration in the discharged mixed product remains unchanged over the duration of the mixing process.

Beim Mehrdurchgang-Verfahren wird ein in einer ersten Phase und adäquat zum Eindurchgang-Verfahren hergestelltes Mischprodukt in einer zweiten Phase über den Mischbehälter rezirkuliert, wobei pulverförmiger Stoff weiterhin entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird. Das Mischprodukt wird so lange rezirkuliert, bis es dabei eine bis auf einen vorgegebenen Endwert aufgewachsene Trockenstoff-Konzentration aufweist. Hinsichtlich der Rezirkulation sind verschiedene Ausprägungen des Verfahrens bekannt, die vorsehen, dass das gesamte aus dem Mischbehälter abgeführte Mischprodukt entweder erneut unmittelbar über den Mischprozess geführt oder zunächst über ein Speichervolumen geführt und dann gleichfalls dem Mischprozess erneut zugeführt wird. Zwischen diesen beiden Ausprägungen sind beliebige Aufteilungsverhältnisse realisierbar.In the case of the multi-pass process, a mixed product produced in a first phase and corresponding to the single-pass process is recirculated through the mixing container in a second phase, with pulverulent material still being fed in either continuously or discontinuously. The mixed product is recirculated until it has a dry matter concentration that has grown to a predetermined end value. With regard to the recirculation, various forms of the method are known which provide that the entire mixed product discharged from the mixing container is either passed directly through the mixing process again or first passed through a storage volume and then likewise fed back into the mixing process. Any distribution ratios can be implemented between these two forms.

Die vorliegende Erfindung befasst sich ausschließlich mit Mischverfahren, die im Inline-Verfahren und hier in allen möglichen Ausprägungen (Eindurchgang- und beliebige Varianten des Mehrdurchgangverfahrens) betrieben werden. Diesbezügliche Mischverfahren und die zugeordneten Mischvorrichtungen wurden der Öffentlichkeit beispielweise unter folgendem Internet-Link bekannt gemacht: "http://www.gea.com/de/products/High-Shear-Inline-Mixer.jsp". The present invention deals exclusively with mixing processes which are operated in the inline process and here in all possible forms (single pass and any variants of the multiple pass process). Mixing methods in this regard and the associated mixing devices were made known to the public, for example, at the following Internet link: "http://www.gea.com/de/products/High-Shear-Inline-Mixer.jsp".

Die US 3 425 667 A beschreibt ein Eindurchgang-Verfahren zur kontinuierlichen, kontrollierten Vermischung von Pigmenten und Füllstoffen mit Bindemittellösungen oder anderen Flüssigkeiten, bei dem feste und flüssige Komponenten in kontrollierten Mengen in ein Durchflussmischgerät eingespeist und dort miteinander gemischt werden. Die Kontrolle umfasst die Messung des Verhältnisses von flüssigen und festen Komponenten in der Mischung, nachdem die Mischung das Durchflussmischgerät passiert hat. Die Regulierung der Flüssigkeitszufuhr findet in Abhängigkeit von dieser Messung statt, wobei die Regulierung der Zufuhr von Feststoffen getrennte Steuerungsmittel umfasst.the U.S. 3,425,667 A describes a one-pass process for the continuous, controlled mixing of pigments and fillers with binder solutions or other liquids, in which solid and liquid components are in a controlled manner Quantities fed into a flow mixer and mixed there with one another. The control involves measuring the ratio of liquid and solid components in the mixture after the mixture has passed through the flow mixer. The regulation of the supply of liquid takes place as a function of this measurement, the regulation of the supply of solids comprising separate control means.

Die vorstehend erwähnten Mischvorrichtungen umfassen bevorzugt auch sogenannte Vakuummischer, die einen Mischbehälter mit einer Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Einrichtung aufweisen. Die freie Oberfläche der Flüssigkeit, die in dem Mischbehälter beispielsweise ein freies Füllstandsniveau mit einer Höhe zwischen 0,4 bis 4 m aufweisen kann, unterliegt dabei einem diesem Höhenbereich entsprechend zugeordneten Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck von beispielsweise 0,2 bis 0,8 bar, damit die Flüssigkeit einerseits beim Mischprozess leichter von Gasbestandteilen befreit werden kann und andererseits im Bodenbereich des Mischbehälters unter allen Betriebsbedingungen einen Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck aufweist. Die Einleitung des pulverförmigen Stoffes in den Mischbehälter erfolgt über eine Öffnung in der Behälterwandung unterhalb des freien Füllstandsniveaus. Diese Öffnung setzt sich in einem rohrförmigen Eintrittsstutzen in Richtung der Außenseite des Mischbehälters fort, an den eine beispielsweise zu einem Pulvervorratsbehälter führende Rohrleitung angeschlossen ist. Der Eintrittsstutzen und damit die Rohrleitung sind über ein die Zufuhr des pulverförmigen Stoffes steuerndes Einlaufventil absperrbar ausgebildet, damit einerseits die Mischvorrichtung über diesen Weg gegenüber ihrer Umgebung abgeschlossen und andererseits eine im Pulvervorratsbehälter vorgelegte Menge des pulverförmigen Stoffes im Bedarfsfalle der Flüssigkeit aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse selbsttätig zugeführt werden kann. Eine diesbezügliche Mischvorrichtung mit einer vorzugsweise diskontinuierlichen Zufuhr des pulverförmigen Stoffes ist in der Druckschrift DE 10 2015 016 766 A1 beschrieben.The above-mentioned mixing devices preferably also include so-called vacuum mixers, which have a mixing container with a stirring and / or shearing and homogenizing device. The free surface of the liquid, which in the mixing container can, for example, have a free fill level with a height of between 0.4 and 4 m, is subject to a negative pressure corresponding to this height range compared to atmospheric pressure of, for example, 0.2 to 0.8 bar, so that the Liquid can on the one hand be freed from gas components more easily during the mixing process and on the other hand has a negative pressure compared to atmospheric pressure in the bottom area of the mixing container under all operating conditions. The powdery substance is introduced into the mixing container via an opening in the container wall below the free fill level. This opening continues in a tubular inlet connection in the direction of the outside of the mixing container, to which a pipeline leading, for example, to a powder storage container is connected. The inlet nozzle and thus the pipeline can be shut off via an inlet valve that controls the supply of the powdery substance, so that, on the one hand, the mixing device is closed off from its surroundings via this path and, on the other hand, an amount of the powdery substance in the powder storage container is automatically fed to the liquid if necessary due to the prevailing pressure conditions can be. A related mixing device with a preferably discontinuous supply of the powdery substance is in the document DE 10 2015 016 766 A1 described.

Eine diskontinuierliche Zufuhr des pulverförmigen Stoffes, wie sie beispielsweise in der DE 10 2015 016 766 A offenbart ist, hat den Vorteil, dass die Zufuhr immer über die volle Offenstellung des als Hubventil ausgebildeten Einlaufventils erfolgt und dadurch die Gefahr des Verstopfens des Einlaufventils minimiert wird. Abhängig von der Zeitdauer der jeweiligen Offenstellung werden mehr oder weniger große Mengen des pulverförmigen Stoffes stoßweise in die Flüssigkeit eingebracht, sodass grundsätzlich die Gefahr besteht, dass es zu entsprechenden Zusammenballungen des pulverförmigen Stoffes kommt, die durch die Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Einrichtung bis zum nachfolgenden Eintrag von pulverförmigem Stoff vollständig aufzulösen sind, wobei gleichzeitig eine weitestgehende Gleichverteilung des pulverförmigen Stoffes anzustreben ist. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass sich die stoßweise Zufuhr des pulverförmigen Stoffes in einem Anstieg der Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung (Antriebsleistung für die zugeordneten Einrichtungen), abbildet, die notwendig ist, um das in dieser Phase des Mischprozesses temporär vorliegende Mischprodukt zu behandeln. Der Verlauf der diesbezüglichen Antriebsleistung, die proportional zur Stromaufnahme der zugeordneten Antriebsmotore ist, entspricht näherungsweise einer Gauß'schen Normalverteilungskurve.A discontinuous supply of the powdery substance, as for example in the DE 10 2015 016 766 A is disclosed, has the advantage that the supply always takes place via the fully open position of the inlet valve designed as a lift valve and thereby the risk of clogging of the inlet valve is minimized. Addicted from the duration of the respective open position, more or less large amounts of the powdery substance are introduced into the liquid in bursts, so that there is basically the risk that there will be corresponding agglomerations of the powdery substance, which are caused by the stirring and / or shearing and homogenizing The device must be completely dissolved until the subsequent entry of powdery substance, while at the same time striving for as uniform a distribution of the powdery substance as possible. In this context, it has been shown that the intermittent supply of the powdery substance is reflected in an increase in the stirring and / or shearing and homogenizing power (drive power for the associated devices), which is necessary to achieve this in this phase of the mixing process to treat temporarily present mixed product. The course of the related drive power, which is proportional to the current consumption of the assigned drive motors, corresponds approximately to a Gaussian normal distribution curve.

Erschwerend kommt im Mischprozess hinzu, dass das Verweilzeitverhalten eines kontinuierlich betriebenen Reaktionskessels bzw. Mischbehälters zwar theoretisch an jeder Stelle eine gleiche Zusammensetzung des Mischprodukts postuliert, dass es praktisch jedoch, verstärkt durch die betriebsbedingte diskontinuierliche Zufuhr des pulverförmigen Stoffes, zu unterschiedlichen Verweilzeiten der inhomogen verteilten Zusammenballungen des pulverförmigen Stoffes kommen kann.What makes the mixing process even more difficult is the fact that the residence time behavior of a continuously operated reaction vessel or mixing vessel theoretically postulates the same composition of the mixed product at every point, but in practice, reinforced by the operational discontinuous supply of the powdery substance, it leads to different residence times of the inhomogeneously distributed agglomerations of the powdery substance can come.

Es kann daher zum einen nicht ausgeschlossen werden, dass sich mehr oder weniger große Zusammenballungen, die nach unterdurchschnittlicher Verweilzeit den Mischbehälter verlassen, nicht vollständig auflösen und im Mischprodukt nachhaltig existent sind. Durch die vorstehend beschriebenen Inhomogenitäten des pulverförmigen Stoffes in dem Mischprodukt besteht in diesem zum anderen die Gefahr eines mikrobiologischen Wachstums (Keimwachstum), das insbesondere dann, wenn der Mischbehälter beheizt ist und die Inhomogenitäten unter diesen thermischen Bedingungen gegebenenfalls überdurchschnittlich lange im Mischbehälter verweilen, befördert wird. Darüber hinaus kommt es unter den letztgenannten Bedingungen verstärkt zur Belagbildung (sogenanntes Produkt-Fouling) an den beheizten Wandungen des Mischbehälters, die einerseits den Wärmeübergang behindert und andererseits die Standzeit des Mischbehälters bis zum nächstfälligen Reinigungszyklus verkürzt.On the one hand, therefore, it cannot be ruled out that more or less large agglomerations, which leave the mixing container after a below-average residence time, do not completely dissolve and persist in the mixed product. Due to the above-described inhomogeneities of the powdery substance in the mixed product, there is also the risk of microbiological growth (germ growth), which is promoted in particular when the mixing container is heated and the inhomogeneities may remain in the mixing container for an above-average time under these thermal conditions . In addition, under the last-mentioned conditions, deposits (so-called product fouling) are increasingly formed on the heated walls of the mixing container, which on the one hand promote heat transfer and on the other hand shortens the service life of the mixing container until the next cleaning cycle.

DE 103 45 161 A1 offenbart auch ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik. DE 103 45 161 A1 also discloses a prior art method.

Da es bislang an zielführenden Steuerungsmechanismen fehlt, um Inhomogenitäten hinsichtlich der Verteilung und des Auflösungsgrades von Zusammenballungen des pulverförmigen Stoffes und unverhältnismäßig große Schwankungen der Zufuhr des pulverförmigen Stoffes zu vermeiden und eine Blockierung der Mischvorrichtung wegen zu hoher Trockenstoff-Konzentration im Mischbehälter zu verhindern, wird bislang, um vermeintlich auf der sicheren Seite zu agieren, bei Mischvorrichtungen der in Rede stehenden Art das Rühren und/oder Scheren und Homogenisieren des temporär vorliegenden Mischprodukts über die gesamte Zeitdauer des Mischprozesses intensiver betrieben, als dies über weite Zeitabschnitte erforderlich ist. Diese zu intensive Behandlung kann sich einerseits produktschädigend auswirken und ist andererseits nicht energieeffizient.Since until now there has been a lack of targeted control mechanisms to avoid inhomogeneities with regard to the distribution and degree of dissolution of agglomerations of the powdery substance and disproportionately large fluctuations in the supply of the powdery substance and to prevent the mixing device from being blocked due to excessive dry substance concentration in the mixing container, so far In order to act supposedly on the safe side, with mixing devices of the type in question, the stirring and / or shearing and homogenizing of the temporarily present mixed product is operated more intensively over the entire duration of the mixing process than is necessary over long periods of time. On the one hand, this too intensive treatment can have a damaging effect on the product and, on the other hand, it is not energy-efficient.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zwei gattungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Einbringung eines pulverförmigen Stoffe in eine aus wenigstens einer Komponente bestehende Flüssigkeit für ein Inline-Mischverfahren und zugeordnete Mischvorrichtungen zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens derart weiterzubilden, dass die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.The object of the present invention is to develop two generic methods for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing process and associated mixing devices for carrying out the respective process in such a way that the above-mentioned disadvantages of the prior art be eliminated.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch ein erstes Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs 1 und durch ein zweites Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs 2 gelöst. Ferner wird die Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine Mischvorrichtung zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bzw. 13 gelöst.From a procedural point of view, this object is achieved by a first method with the features of independent claim 1 and by a second method with the features of independent claim 2. Furthermore, the object is achieved in terms of device technology by a mixing device for performing the respective method with the features of claims 12 and 13, respectively.

Erstes VerfahrenFirst procedure

Die Erfindung geht mit Blick auf ein erfindungsgemäßes erstes Verfahren aus von einem Verfahren zur Steuerung der Einbringung eines pulverförmigen Stoffes in eine aus wenigstens einer Komponente bestehende Flüssigkeit für ein Inline-Mischverfahren, wobei die Begrifflichkeit "Komponente" so zu verstehen ist, dass es sich hierbei in der Regel um diskrete, voneinander getrennte Flüssigkeiten handeln kann, die auch voneinander getrennt dem Mischprozess zugeführt werden können. Dieses erste Verfahren, ein sogenanntes Eindurchgang-Verfahren bzw. ein einstufiger Ablauf, wird typischerweise angewendet zur Herstellung niedrigviskoser Basisschlämme mit niedriger Trockenstoff-Konzentration oder z.B. für Magermilchpulver in Wasser oder Kakaopulver in Milch oder, allgemeiner gefasst, wenn ein pulverförmige Stoff mit guter Löslichkeit in kurzer Zeit aufgelöst werden muss. Dabei erfolgt die Einbringung und Behandlung des pulverförmigen Stoffes, reaktionskinetisch betrachtet, quasi unter den Bedingungen eines Verweilzeitverhaltens eines kontinuierlich arbeitenden homogenen Reaktionskessels, und zwar dergestalt, dass die Flüssigkeit kontinuierlich und der pulverförmige Stoff diskontinuierlich einem Mischbehälter zugeführt werden, wobei das Ziel eine vorgegebene, zeitlich unveränderliche Trockenstoff-Konzentration des pulverförmigen Stoffes in der Flüssigkeit ist. Die Flüssigkeit und der pulverförmige Stoff werden dabei fortwährend gerührt und/oder zu einem Mischprodukt gemischt und das Mischprodukt wird homogenisiert. In der Regel überlagern sich die Behandlungsverfahren "Rühren", bei dem auf das Mischprodukt keine oder nur eine sehr geringe mechanische Kraft aufgewendet wird, und "Mischen", bei dem auf das Mischprodukt eine deutliche Scherkraft angewendet und daher das "Mischen" nachfolgend diesbezüglich auch als "Scheren" klassifiziert wird, wobei das "Homogenisieren" meist integraler Bestandteil des Mischens ist. Das Mischprodukt wird entsprechend der zugeführten Mengen an Flüssigkeit und pulverförmigem Stoff kontinuierlich abgeführt. Bei dem in Rede stehenden Mischverfahren sind eine Rezeptur des Mischproduktes wenigstens hinsichtlich der vorgegebenen Trockenstoff-Konzentration und die Reaktionsbedingungen jeweils in Form von Vorgabedaten vorgegeben.With a view to a first method according to the invention, the invention is based on a method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing method, where the term “component” is to be understood in such a way that it can generally involve discrete liquids that are separate from one another and that can also be fed to the mixing process separately from one another. This first process, a so-called single-pass process or a single-stage process, is typically used for the production of low-viscosity base sludge with a low dry matter concentration or, for example, for skimmed milk powder in water or cocoa powder in milk or, more generally, when a powdery substance with good solubility in needs to be resolved in a short time. In this case, the introduction and treatment of the pulverulent substance, from a reaction kinetic point of view, takes place under the conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel, namely in such a way that the liquid is fed continuously and the pulverulent substance discontinuously to a mixing container, the goal being a predetermined time constant dry matter concentration of the powdery substance in the liquid. The liquid and the powdery substance are continuously stirred and / or mixed to form a mixed product and the mixed product is homogenized. As a rule, the treatment processes "stirring", in which no or only a very low mechanical force is applied to the mixed product, and "mixing", in which a significant shear force is applied to the mixed product and therefore the "mixing" in this regard as well is classified as "shearing", with "homogenizing" mostly being an integral part of mixing. The mixed product is continuously discharged according to the added amounts of liquid and powdery substance. In the case of the mixing process in question, a recipe for the mixed product is given, at least with regard to the given dry matter concentration, and the reaction conditions are given in each case in the form of default data.

Der Lösungsgedanke besteht darin, dass die diskontinuierliche Zufuhr des pulverförmigen Stoffes in an sich bekannter Weise impulsweise durch eine zeitliche Abfolge von Dosierimpulsen erfolgt. Die Reaktionsbedingen sehen diesbezüglich in einer bevorzugten Ausgestaltung vor, dass der pulverförmige Stoff durch einen Unterdruck (Vakuum) im Kopfraum des Mischbehälters gegenüber Atmosphärendruck angesaugt wird. Die Dosierimpulse sind jeweils durch einen Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, eine Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und einen Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 charakterisiert.The idea of the solution is that the discontinuous supply of the powdery substance takes place in a manner known per se in pulses by a time sequence of metering pulses. In a preferred embodiment, the reaction conditions provide that the powdery substance is sucked in by a negative pressure (vacuum) in the head space of the mixing container compared to atmospheric pressure. The dosing pulses are each caused by a mass flow of the powdery substance ṁ P , a duration of the dosing pulse Δt1 and a time interval between adjacent dosing pulses Δt2.

Durch ein festes Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand Δt2 benachbarter Dosierimpulse V = Δ t 1 Δ t 2 = konstant

Figure imgb0001
ist die vorgegebene Trockenstoff-Konzentration c nach Gleichung (1) definiert, wobei im allgemeinsten Falle der Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP ein zeitabhängiger Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP(t) und ein Mengenstrom Flüssigkeit ṁF ein zeitabhängiger Mengenstrom Flüssigkeit ṁF(t) sind: c = m . P t Δ t 1 m . F t Δ t 2 = k Δ t 1 Δ t 2 = k V = konstant
Figure imgb0002
By means of a fixed time duration / time interval ratio V between the duration of the metering pulse Δt1 and the assigned time interval Δt2 between adjacent metering pulses V = Δ t 1 Δ t 2 = constant
Figure imgb0001
the specified dry matter concentration c is defined according to equation (1), whereby in the most general case the mass flow of the powdery substance ṁ P is a time-dependent mass flow of powdery substance ṁ P (t) and a mass flow of liquid ṁ F is a time-dependent mass of liquid ṁ F (t) are: c = m . P. t Δ t 1 m . F. t Δ t 2 = k Δ t 1 Δ t 2 = k V = constant
Figure imgb0002

Die zeitabhängigen Stoffströme ṁP(t) und ṁF(t) sind bei dem in Rede stehenden Mischprozess über die Zeit gesehen konstant (ṁP = konstant; ṁF = konstant), sodass sich aus dem Quotienten aus beiden Größen wiederum eine Konstante k = m . P t m . F t

Figure imgb0003
ergibt. Da auch voraussetzungsgemäß das Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V konstant gehalten wird, ist auch die vorgegebene Trockenstoff-Konzentration c in der notwendigen Weise konstant.The time-dependent material flows ṁ P (t) and ṁ F (t) are constant over time in the mixing process in question (ṁ P = constant; ṁ F = constant), so that the quotient of the two quantities in turn becomes a constant k = m . P. t m . F. t
Figure imgb0003
results. Since the time duration / time interval ratio V is also kept constant in accordance with the prerequisite, the specified dry matter concentration c is also constant in the necessary manner.

Ein signifikantes steuerungstechnisches Merkmal besteht darin, dass eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ermittelt wird, die proportional zu einer für ein temporär vorliegendes Mischprodukt erforderlichen Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung ist. Letztere tritt immer dann näherungsweise in Form einer Gauß'schen Normalverteilung auf, wenn eine definierte Menge pulverförmiger Stoff mP impulsweise in den Mischprozess bzw. den Mischbehälter eingebracht und behandelt wird.A significant technical control feature is that a time-dependent current consumption I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product. The latter always occurs approximately in the form of a Gaussian normal distribution when a defined amount of powdery substance m P is introduced into the mixing process or the mixing container and treated in pulses.

Sobald sich der pulverförmige Stoff in der aufnehmenden Flüssigkeit gleichverteilt, d.h. möglichst homogen verteilt und ggf. dabei aufgelöst hat, klingt die zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ab, und zwar auf eine Referenzstromaufnahme Io, die charakteristisch ist für die am vollständig homogenisierten Mischprodukt zu erbringende Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung. Die diesbezügliche Referenzstromaufnahme Io ist in den Vorgabedaten hinterlegt und kann von dort herangezogen werden, und sie ist abhängig von der Rezeptur des Mischproduktes und den Reaktionsbedingungen für den Mischprozess.As soon as the powdery substance is evenly distributed in the absorbing liquid, i.e. distributed as homogeneously as possible and possibly dissolved, the time-dependent current consumption I (t) subsides, to a reference current consumption I o , which is characteristic of the completely homogenized mixed product performing stirring and / or shearing and homogenizing performance. The relevant reference current consumption I o is stored in the default data and can be used from there, and it depends on the recipe of the mixed product and the reaction conditions for the mixing process.

Am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 und bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von der Referenzstromaufnahme Io um mehr als eine vorgegebene Toleranz, wobei eine Abweichung entweder nach oben oder nach unten vorliegen kann, wird unter Einhaltung des aus der vorgegebenen Trockenstoff-Konzentration c resultierenden festen Verhältnisses V=Δt1/Δt2 die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 für den nachfolgenden Dosierimpuls im ersten Fall verkürzt und im zweiten Fall verlängert. Diese steuerungstechnische Maßnahme führt zwangsläufig im gleichen Verhältnis zu einer entsprechenden Verkürzung oder Verlängerung des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2, bezogen auf den nachfolgenden Dosierimpuls.At the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 and if the time-dependent current consumption I (t) deviates from the reference current consumption I o by more than a specified tolerance, with a deviation either upwards or downwards, the calculation is carried out in compliance with the specified dry matter content. Concentration c resulting fixed ratio V = Δt1 / Δt2 the duration of the metering pulse Δt1 for the subsequent metering pulse is shortened in the first case and lengthened in the second case. This technical control measure inevitably leads in the same ratio to a corresponding shortening or lengthening of the time interval between adjacent metering pulses Δt2, based on the subsequent metering pulse.

Die erfindungsgemäße steuerungstechnische Maßnahme besteht im Kern somit darin, dass die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 so gewählt werden, dass sich am jeweiligen Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 die zeitabhängig ermittelte Stromaufnahme I(t) zum Rühren und/oder Scheren und Homogenisieren des temporär vorliegenden Mischproduktes an die Referenzstromaufnahme Io, die zur diesbezüglichen Behandlung des homogenisierten Mischprodukts erforderlich ist, im Rahmen einer praxisrelevanten zulässigen Toleranz annähert.The core of the control measure according to the invention is that the duration of the dosing pulse Δt1 and the time interval between adjacent metering pulses Δt2 are selected in such a way that at the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2, the time-dependent current consumption I (t) for stirring and / or shearing is determined and homogenizing the temporarily present mixed product approximates the reference current consumption I o , which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.

Zweites VerfahrenSecond method

Die Erfindung geht mit Blick auf ein erfindungsgemäßes zweites Verfahren aus von einem bekannten Verfahren zur Steuerung der Einbringung eines pulverförmigen Stoffes in eine aus wenigstens einer Komponente bestehende Flüssigkeit für ein Inline-Mischverfahren, das auch als Mehrdurchgang-Verfahren oder mehrstufiger Ablauf klassifiziert wird. Das Mehrdurchgang-Verfahren wird typischerweise angewendet für Mischprodukte, die im Endergebnis eine höhere Trockenstoff-Konzentration und/oder eine höhere Viskosität aufweisen, beispielsweise wenn größere Mengen pulverförmiger Stoff beispielsweise mit Öl, Gummi oder Aromen emulgiert werden müssen, weil diese Mischprodukte mit dem Eindurchgang-Verfahren nicht darstellbar sind. Dabei erfolgt die Einbringung und Behandlung des pulverförmigen Stoffes, reaktionskinetisch betrachtet, wiederum, wie beim ersten Verfahren, quasi unter den Bedingungen eines Verweilzeitverhaltens eines kontinuierlich arbeitenden homogenen Reaktionskessels.With a view to a second method according to the invention, the invention is based on a known method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing method, which is also classified as a multi-pass method or multi-stage process. The multi-pass process is typically used for mixed products that ultimately have a higher dry matter concentration and / or a higher viscosity, for example when larger amounts of powdery substance have to be emulsified, for example with oil, gum or aromas, because these mixed products with the single pass procieedings cannot be represented. In this case, the introduction and treatment of the pulverulent substance, from a reaction kinetic point of view, takes place again, as in the first method, under the conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel.

Das zweite Verfahren zeichnet in an sich bekannter Weise dergestalt aus, dass in einer ersten Phase Flüssigkeit in einem Mischbehälter vorgelegt und dieser Flüssigkeit der pulverförmige Stoff diskontinuierlich zugeführt wird, wobei am Ende der ersten Phase eine Trockenstoff-Konzentration erreicht ist, die unterhalb eines für das Ende des gesamten Mischprozesses vorgegebenen Endwertes liegt. Die Flüssigkeit und der pulverförmige Stoff werden in der ersten Phase fortwährend gerührt und/oder zu einem Mischprodukt gemischt und das Mischprodukt wird homogenisiert.The second method is characterized in a manner known per se in such a way that in a first phase liquid is placed in a mixing container and the powdery substance is fed discontinuously to this liquid, with a dry substance concentration being reached at the end of the first phase that is below one for the The end value specified at the end of the entire mixing process is. The liquid and the powdery substance are continuously stirred and / or mixed into a mixed product in the first phase and the mixed product is homogenized.

In einer zweiten Phase wird das in der ersten Phase gewonnene Mischprodukt über den Mischbehälter rezirkuliert und es werden weiterhin der rezirkulierten Menge Mischprodukt entsprechende Mengen an pulverförmigem Stoff diskontinuierlich zugeführt. Die Mengenbilanz gestaltet sich demnach in der zweiten Phase bei konstantem Füllstandsniveau nach der Kontinuitätsbedingung derart, dass der aus dem Mischprozess abgeführte Mengenstrom Mischprodukt dem über die Rezirkulation geführten Mengenstrom Mischprodukt zuzüglich dem dosierten Mengenstrom pulverförmiger Stoff entspricht.In a second phase, the mixed product obtained in the first phase is recirculated via the mixing container and quantities of pulverulent material corresponding to the recirculated amount of mixed product are also added discontinuously. The quantity balance is accordingly designed in the second phase at a constant fill level according to the continuity condition in such a way that the mass flow of mixed product discharged from the mixing process corresponds to the mass flow of mixed product routed via the recirculation plus the dosed mass flow of powdery substance.

Das Mischprodukt wird so lange rezirkuliert, bis ein zeitabhängiger Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration des pulverförmigen Stoffes im Mischprodukt auf einen vorgegebenen Endwert aufgewachsen ist.The mixed product is recirculated until a time-dependent course of a dry matter concentration of the powdery substance in the mixed product has grown to a predetermined end value.

Bei dem in Rede stehenden Mischverfahren sind eine Rezeptur des Mischproduktes wenigstens hinsichtlich des dem vorgegebenen Endwert zugeordneten zeitabhängigen Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration und die Reaktionsbedingungen jeweils in Form von Vorgabedaten vorgegeben.In the mixing process in question, a recipe for the mixed product is given, at least with regard to the time-dependent curve of a dry matter concentration associated with the given end value, and the reaction conditions are given in the form of default data.

Der erfinderische Lösungsgedanke besteht beim zweiten Verfahren darin, dass die diskontinuierliche Zufuhr des pulverförmigen Stoffes in an sich bekannter Weise impulsweise durch eine zeitliche Abfolge von Dosierimpulsen erfolgt. Die Reaktionsbedingen sehen diesbezüglich in einer bevorzugten Ausgestaltung und adäquat zum ersten Verfahren vor, dass der pulverförmige Stoff durch einen Unterdruck (Vakuum) im Kopfraum des Mischbehälters gegenüber Atmosphärendruck angesaugt wird. Die Dosierimpulse sind jeweils durch einen Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, eine Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und einen Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 charakterisiert.The inventive solution concept consists in the second method that the discontinuous supply of the pulverulent substance in a manner known per se takes place in pulses by a chronological sequence of metering pulses. In this regard, the reaction conditions provide, in a preferred embodiment and in line with the first method, that the powdery substance is sucked in by a negative pressure (vacuum) in the head space of the mixing container compared to atmospheric pressure. The metering pulses are each characterized by a mass flow of the powdery substance ṁ P , a duration of the metering pulse Δt1 and a time interval between adjacent metering pulses Δt2.

Durch den mehrstufigen Ablauf in der zweiten Phase des zweiten Verfahrens ergibt sich ein zeitabhängiger Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t), der planmäßig in dem vorgegebenen Endwert endet, wobei zwischen dem Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration ohne Sättigungscharakter (näherungsweise linearer Verlauf) oder mit Sättigungscharakter (degressiver Verlauf) zu unterscheiden ist.

  • Bei dem Verlauf ohne Sättigungscharakter lassen sich im Rahmen der Aufnahmekapazität oder der Löslichkeitsgrenze der Flüssigkeit in gleichen Zeitabständen gleiche Mengen pulverförmiger Stoff dosieren, sodass sich bei vollständiger Homogenisierung des Mischprodukts ein zeitabhängiger näherungsweise linear ansteigender Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration einstellt.
  • Bei dem Verlauf mit Sättigungscharakter lassen sich im Rahmen der Aufnahmekapazität oder der Löslichkeitsgrenze der Flüssigkeit in gleichen Zeitabständen nur stetig abnehmende Mengen pulverförmiger Stoff dosieren, sodass sich bei vollständiger Homogenisierung des Mischprodukts ein zeitabhängiger degressiv ansteigender Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration einstellt.
Der in dem vorgegebenen Endwert endende zeitabhängige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration ist erfindungsgemäß durch die Abfolge eindeutig bestimmter Dosierimpulse definiert.The multi-stage process in the second phase of the second method results in a time-dependent course of a dry matter concentration c (t), which ends as planned in the specified end value, with between the course of a dry matter concentration without saturation character (approximately linear course) or with Saturation character (degressive course) is to be distinguished.
  • In the case of the course without the character of saturation, within the framework of the absorption capacity or the solubility limit of the liquid, the same amounts of powdery substance can be dosed at the same time intervals, so that when the mixed product is completely homogenized, a time-dependent, approximately linearly increasing course of a dry matter concentration is established.
  • In the case of the course with a saturation character, only steadily decreasing amounts of powdery substance can be dosed at the same time intervals within the framework of the absorption capacity or the solubility limit of the liquid, so that a time-dependent degressively increasing course of a dry matter concentration occurs when the mixed product is completely homogenized.
The time-dependent course of a dry matter concentration ending in the predetermined end value is defined according to the invention by the sequence of uniquely determined metering pulses.

Ein signifikantes steuerungstechnisches Merkmal besteht darin, dass eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ermittelt wird, die proportional zu einer für ein temporär vorliegendes Mischprodukt erforderlichen Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung ist. Letztere tritt immer dann in Form näherungsweise einer Gauß'schen Normalverteilung auf, wenn eine definierte Menge pulverförmiger Stoff impulsweise in den Mischprozess bzw. den Mischbehälter eingebracht und behandelt wird.A significant technical control feature is that a time-dependent current consumption I (t) is determined, which is proportional to the stirring and / or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product. The latter always occurs in the form of an approximately Gaussian normal distribution when a defined amount of powder Substance is introduced and treated in pulses in the mixing process or the mixing container.

Sobald sich der pulverförmige Stoff in der aufnehmenden Flüssigkeit (erste Phase) und in dem aufnehmenden Mischprodukt (zweite Phase) gleichverteilt, d.h. möglichst homogen verteilt und gegebenenfalls dabei aufgelöst hat, klingt die zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ab, und zwar auf einen zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t), der charakteristisch ist für die am homogenisierten Mischprodukt unter den Bedingungen des zugeordneten zeitabhängigen Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration c(t) zu erbringende Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung. Der diesbezügliche Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) ist in den Vorgabedaten hinterlegt und kann von dort herangesogen werden, und er ist abhängig von der Rezeptur des Mischproduktes und den Reaktionsbedingungen für den Mischprozess.As soon as the powdery substance is evenly distributed in the absorbing liquid (first phase) and in the absorbing mixed product (second phase), i.e. it has been distributed as homogeneously as possible and possibly dissolved, the time-dependent current consumption I (t) subsides, namely on a time-dependent course a reference current consumption I o (t), which is characteristic of the stirring and / or shearing and homogenizing power to be provided on the homogenized mixed product under the conditions of the assigned time-dependent curve of a dry matter concentration c (t). The related course of a reference current consumption I o (t) is stored in the specification data and can be drawn from there, and it depends on the recipe of the mixed product and the reaction conditions for the mixing process.

Am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 und bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als eine vorgegebene Toleranz, wobei eine Abweichung entweder nach oben oder nach unten vorliegen kann, wird die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 für den nachfolgenden Dosierimpuls im ersten Fall verkürzt und im zweiten Fall verlängert.At the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 and when the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respective assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t) by more than a specified tolerance, with a deviation either upwards or downwards , the duration of the dosing pulse Δt1 for the subsequent dosing pulse is shortened in the first case and lengthened in the second case.

Für zeitabhängige Verläufe einer Trockenstoff-Konzentration ohne Sättigungscharakter sieht eine erste Ausgestaltung des zweiten Verfahrens vor, dass diese Verläufe jeweils durch ein festes Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 definiert sind (V = Δt1/Δt2 = konstant).For time-dependent curves of a dry matter concentration without the character of saturation, a first embodiment of the second method provides that these curves are each defined by a fixed duration-time interval ratio V between the duration of the metering pulse Δt1 and the assigned time interval between adjacent metering pulses Δt2 (V = Δt1 / Δt2 = constant).

Der jeweilige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ist über die Zeit t ansteigend, weil der fortlaufend impulsweise dosierte Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, der im allgemeinsten Falle ein zeitabhängiger Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP(t) ist, über die gesamte Zeitdauer t des Mischprozesses gesehen, konstant ist (ṁP = konstant). Der Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP wird in der Zeitdauer t vielfach, und zwar (t/Δt2)-mal, bei annähernd unveränderlichem Füllstandsniveau im Mischbehälter in eine unveränderliche Menge Flüssigkeit mF des vorliegenden Mischprodukts eingebracht, wobei sich der zeitabhängige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration nach Gleichung (2), wie folgt, darstellt: c t = m . P t Δ t 2 Δ t 1 m F + m . P t Δ t 2 Δ t 1

Figure imgb0004
In den meisten praxisrelevanten Fällen kann, weil der erste Term der nachfolgenden Relation in der Regel klein gegenüber dem zweiten Term ist, näherungsweise m . P t Δ t 2 Δ t 1 m F
Figure imgb0005
gesetzt werden, sodass sich nach Gleichung (2a) für den zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) mit einer ersten Proportionalitätskonstante k 1 = m . P m F
Figure imgb0006
näherungsweise ergibt: c t m . P t Δ t 2 Δ t 1 m F = m . P m F Δ t 1 Δ t 2 t = m . P m F V t = k 1 V t
Figure imgb0007
The respective course of a dry matter concentration c (t) increases over time t, because the continuously pulsed flow of powdery substance ṁ P , which in the most general case is a time-dependent flow of powdery substance ṁ P (t), over the entire period of time t of the mixing process is constant (ṁ P = constant). The mass flow of powdery substance ṁ P increases in the time period t many times, namely (t / Δt2) times, with approximately unchanged The filling level in the mixing container is introduced into an unchangeable amount of liquid m F of the present mixed product, the time-dependent course of a dry matter concentration according to equation (2) being represented as follows: c t = m . P. t Δ t 2 Δ t 1 m F. + m . P. t Δ t 2 Δ t 1
Figure imgb0004
In most practice-relevant cases, because the first term of the following relation is usually small compared to the second term, approximately m . P. t Δ t 2 Δ t 1 m F.
Figure imgb0005
are set so that according to equation (2a) for the time-dependent course of a dry matter concentration c (t) with a first constant of proportionality k 1 = m . P. m F.
Figure imgb0006
approximately results in: c t m . P. t Δ t 2 Δ t 1 m F. = m . P. m F. Δ t 1 Δ t 2 t = m . P. m F. V t = k 1 V t
Figure imgb0007

Diese steuerungstechnische Maßnahme mit einem festen Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V (V = Δt1/Δt2 = konstant) führt zwangsläufig im gleichen Verhältnis zu einer entsprechenden Verkürzung oder Verlängerung des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2, bezogen auf den nachfolgenden Dosierimpuls.This technical control measure with a fixed duration-time interval ratio V (V = Δt1 / Δt2 = constant) inevitably leads in the same ratio to a corresponding shortening or lengthening of the time interval between adjacent metering pulses Δt2, based on the subsequent metering pulse.

Für zeitabhängige Verläufe einer Trockenstoff-Konzentration mit Sättigungscharakter sieht eine zweite Ausgestaltung des zweiten Verfahrens vor, dass diese Verläufe durch ein variables Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 definiert sind (V = Δt1/Δt2 ≠ konstant), wobei

  • bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als die vorgegebene Toleranz nach oben das Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V verkleinert und
  • bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als die vorgegebene Toleranz nach unten das Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V vergrößert wird.
For time-dependent curves of a dry matter concentration with a saturation character, a second embodiment of the second method provides that these curves are defined by a variable time duration-time interval ratio V between the duration of the metering pulse Δt1 and the assigned time interval between adjacent metering pulses Δt2 (V = Δt1 / Δt2 ≠ constant), where
  • if the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respectively assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t) by more than the specified tolerance upwards, the duration-time interval ratio V is reduced and
  • if the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respectively assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), the time-duration-time-interval ratio V is increased by more than the specified tolerance.

Der jeweilige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ist über die Zeit t degressiv ansteigend, weil der fortlaufend impulsweise dosierte Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, über die gesamte Zeitdauer t des Mischprozesses gesehen, zwar konstant ist (ṁP = konstant), die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 jedoch stetig abnimmt und somit eine stetig abnehmende Menge pulverförmiger Stoff eindosiert wird. Der Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP wird in der Zeitdauer t bei annähernd unveränderlichem Füllstandsniveau im Mischbehälter in ein vorliegendes nahezu unveränderliches Volumen des Mischprodukts VM eingebracht (VM ≈ konstant), wobei eine Dichte ρM des Mischprodukts entsprechend dem zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) zunimmt und letztere sich nach Gleichung (3) mit einer zweiten Proportionalitätskonstante k 2 = m . P v M ,

Figure imgb0008
wie folgt, darstellt: c t = t = 0 t m . P t Δ t 1 ρ M t V M = m . P V M t = 0 t Δ t 1 ρ M t k 2 t = 0 t Δ t 1 ρ M t .
Figure imgb0009
The respective course of a dry matter concentration c (t) increases degressively over time t, because the continuously pulsed flow of the powdery substance ṁ P , viewed over the entire time t of the mixing process, is constant (ṁ P = constant), however, the duration of the dosing pulse Δt1 steadily decreases and thus a steadily decreasing amount of powdery substance is dosed. The mass flow of powdery substance ṁ P is introduced into an existing almost unchangeable volume of the mixed product V M (V M ≈ constant) in the time period t with an almost unchangeable fill level in the mixing container, with a density ρ M of the mixed product corresponding to the time-dependent course of a dry matter concentration c (t) increases and the latter is determined by equation (3) with a second constant of proportionality k 2 = m . P. v M. ,
Figure imgb0008
as follows: c t = t = 0 t m . P. t Δ t 1 ρ M. t V M. = m . P. V M. t = 0 t Δ t 1 ρ M. t k 2 t = 0 t Δ t 1 ρ M. t .
Figure imgb0009

Diese steuerungstechnische Maßnahme mit einem variablen Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V erfordert von der Steuerung die Fähigkeit, die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 bei unveränderlichem Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 zu verkürzen oder zu verlängern oder bei unveränderter Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 den Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 adäquat zu verlängern oder zu verkürzen.This technical control measure with a variable duration-time interval ratio V requires the control to be able to shorten or lengthen the duration of the metering pulse Δt1 with an unchanging time interval between adjacent metering pulses Δt2 or to adequately lengthen the time interval between adjacent metering pulses Δt2 with the same duration of the metering pulse Δt1 or shorten it.

Die erfindungsgemäße steuerungstechnische Maßnahme besteht im Kern somit bei beiden Ausgestaltungen des zweiten Verfahrens darin, dass die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 so gewählt werden, dass sich am jeweiligen Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 die zeitabhängig ermittelte Stromaufnahme I(t) zum Rühren und/oder Scheren und Homogenisieren des temporär vorliegenden Mischproduktes an den zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t), der zur diesbezüglichen Behandlung des homogenisierten Mischprodukts erforderlich ist, im Rahmen einer praxisrelevanten zulässigen Toleranz annähert.The control-technical measure according to the invention therefore essentially consists in both embodiments of the second method in that the duration of the metering pulse Δt1 and the time interval between adjacent metering pulses Δt2 are selected in such a way that at the respective end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 the time-dependent determined current consumption I (t) for stirring and / or shearing and homogenizing the temporarily present mixed product approximates the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.

Das für eine Aufkonzentrierung der Trockenstoff-Konzentration auf einen vorgegebenen Endwert vorrangig geeignete zweite Verfahren sieht vor, dass das rezirkulierte Mischprodukt in einen ersten Anteil und in einen zweiten Anteil aufgeteilt wird, dass der erste Anteil unmittelbar dem Mischprozess zugeführt wird und dass der komplementäre zweite Anteil über ein Speichervolumen geführt und dann gleichfalls dem Mischprozess zugeführt wird. Diese Aufteilung bietet die Möglichkeit, wie dies vorgeschlagen wird, den unmittelbar über den Mischprozess rezirkulierten ersten Anteil zwischen null und hundert Prozent des rezirkulierten Mischprodukts einzustellen. Eine derartige Ausgestaltung und Betriebsweise bietet die Möglichkeit, bei maximal möglichem erstem Anteil (100 %) kleinere Mengen des gewünschten Mischprodukts ausschließlich im Mischbehälter aufzukonzentrieren. Große Mengen Mischprodukt werden mit einem großen zweiten Anteil über entsprechend große Speichervolumen rezirkuliert und aufkonzentriert, wobei das Aufteilungsverhältnis so gewählt werden kann, dass der erste Anteil, der unmittelbar über den Mischprozess rezirkuliert wird, die in diesem Mischprozess installierten mechanischen Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Mechanismen durch strömungsmechanische Wirkmechanismen ergänzt und intensiviert.The second method, which is primarily suitable for increasing the dry matter concentration to a predetermined final value, provides that the recirculated mixed product is divided into a first portion and a second portion, that the first portion is fed directly to the mixing process and that the complementary second portion is guided over a storage volume and then also fed to the mixing process. This division offers the possibility, as is proposed, of setting the first portion recirculated directly via the mixing process between zero and one hundred percent of the recirculated mixed product. Such a configuration and mode of operation offers the possibility of concentrating smaller amounts of the desired mixed product exclusively in the mixing container with the maximum possible first proportion (100%). Large quantities of mixed product are recirculated and concentrated with a large second portion over correspondingly large storage volumes, whereby the distribution ratio can be selected so that the first portion, which is recirculated directly via the mixing process, the mechanical agitators and / or shears installed in this mixing process - and homogenizing mechanisms supplemented and intensified by fluid mechanical mechanisms of action.

Erstes und zweites VerfahrenFirst and Second Procedure

Um die Dosierung des pulverförmigen Stoffes möglichst störungsfrei zu gestalten, wird für das erste und das zweite Verfahren vorgeschlagen, dass der Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes über die Zeitdauer des Dosierimpulses konstant ist. Dies wird insbesondere dadurch sichergestellt, dass eine steuerbare Öffnung für die Zufuhr des pulverförmigen Stoffes nur entweder eine volle Offenstellung oder eine Schließstellung einnimmt.In order to make the metering of the pulverulent substance as trouble-free as possible, it is proposed for the first and the second method that the mass flow of the pulverulent substance is constant over the duration of the metering pulse. This is ensured in particular by the fact that a controllable opening for the supply of the powdery substance only assumes either a fully open position or a closed position.

Um die Steuerung des Mischprozesses möglichst handhabbar zu machen, sieht eine andere Ausgestaltung für beide Verfahrens vor, dass die Verkürzung oder die Verlängerung der Zeitdauer des Dosierimpulses dann erfolgt, wenn ein durch eine zulässige Stromüberschreitung oder eine zulässige Stromunterschreitung jeweils bestimmter Stromkorridor durch eine nach oben abweichende Stromaufnahme oder eine nach unten abweichende Stromaufnahme verlassen wird. Dabei sind die zulässige Stromüberschreitung und die zulässige Stromunterschreitung jeweils durch einen prozentualen Anteil von der zugeordneten Referenzstromaufnahme oder dem zugeordneten zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme bestimmt. Damit die Steuerung diesbezüglich möglichst feinfühlig arbeitet, wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Maß der Verkürzung oder der Verlängerung der Zeitdauer des Dosierimpulses in Abhängigkeit von dem Maß der Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme von der zugeordneten Referenzstromaufnahme oder dem zugeordneten zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme bestimmt ist.In order to make the control of the mixing process as manageable as possible, a different embodiment for both methods provides that the shortening or lengthening of the duration of the metering pulse takes place when a current corridor determined by a permissible current overrun or a permissible undercurrent through an upward deviating current corridor Current consumption or a current consumption deviating downwards is left. The permissible current excess and the permissible current shortfall are each represented by a percentage of the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption is determined. In order for the control to work as sensitively as possible in this regard, it is also proposed that the degree of shortening or lengthening of the duration of the metering pulse is determined as a function of the degree of deviation of the time-dependent current consumption from the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption.

Um die im Praxisbetrieb für eine bestimmte Rezeptur gewonnenen Betriebsdaten für nachfolgende Mischprozesse mit gleicher Rezeptur nutzbar zu machen, sieht eine andere Ausgestaltung für beide Verfahrens vor, dass die der Steuerung der Einbringung des pulverförmigen Stoffes in die wenigstens eine Flüssigkeit zugrunde liegenden weiteren rezepturabhängigen Vorgabedaten aus Erfahrungswerten früherer Mischprozesse gewonnen und gespeichert werden, wobei diese Vorgabedaten ein Mengenstrom der wenigstens einen Flüssigkeit, eine Misch- oder Lösungstemperatur (Reaktionstemperatur), ein Druck oberhalb der Flüssigkeitssäule, aus dem ein Reaktionsdruck resultiert, Drehzahlen von Einrichtungen zum Rühren und/oder Scheren und Homogenisieren und eine von der zugeordneten Referenzstromaufnahme oder dem zugeordneten zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme abhängige zulässige Stromüberschreitung und eine zulässige Stromunterschreitung sind.In order to make the operating data obtained in practice for a specific recipe usable for subsequent mixing processes with the same recipe, another embodiment for both methods provides that the control of the introduction of the powdery substance into the at least one liquid is based on further recipe-dependent default data from empirical values previous mixing processes are obtained and stored, these default data being a flow rate of the at least one liquid, a mixing or solution temperature (reaction temperature), a pressure above the liquid column from which a reaction pressure results, speeds of devices for stirring and / or shearing and homogenizing and a permissible current exceedance and a permissible current undercurrent are dependent on the assigned reference current consumption or the assigned time-dependent course of a reference current consumption.

Um die im Praxisbetrieb für eine bestimmte Rezeptur gewonnenen Betriebsdaten für nachfolgende Mischprozesse mit gleicher Rezeptur nutzbar zu machen, sieht eine weitere Ausgestaltung für beide Verfahrens vor, dass die im Verlauf der Steuerung der Einbringung des pulverförmigen Stoffes in die wenigstens eine Flüssigkeit gewonnenen zielführenden rezepturabhängigen Steuerungsparameter, und zwar die Zeitdauer des Dosierimpulses und der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse, gespeichert und für nachfolgende Steuerungen gleicher Rezepturen herangezogen werden.In order to make the operating data obtained in practice for a certain recipe usable for subsequent mixing processes with the same recipe, a further embodiment provides for both methods that the target-oriented recipe-dependent control parameters obtained in the course of the control of the introduction of the powdery substance into the at least one liquid, namely the duration of the metering pulse and the time interval between adjacent metering pulses, stored and used for subsequent controls of the same recipes.

Mischvorrichtungen (erstes und zweites Verfahren)Mixing devices (first and second method)

Eine Mischvorrichtung zur Durchführung des ersten Verfahrens besteht in an sich bekannter Weise aus einem Mischbehälter, der einen Zulaufanschluss zur Zufuhr für eine Flüssigkeit, einen Auslaufstutzen zur Abfuhr für ein Mischprodukt und eine Rühreinrichtung und/oder eine Scher- und Homogenisier-Einrichtung aufweist. An dem Mischbehälter ist ein Einlaufventil mit einem Ventilschließglied angeordnet. Das Einlaufventil ist mit dem Ventilschließglied entweder zwischen vollständig geschlossen (Schließstellung) oder vollständig geöffnet (Offenstellung) einstellbar. Ein pulverförmiger Stoff wird mit dem Einlaufventil in die Flüssigkeit eingebracht, wobei mit einer dem Einlaufventil zugeordneten Steuereinrichtung das Ventilschließglied in die Schließ- oder in die Offenstellung überführbar ist.A mixing device for carrying out the first method consists in a manner known per se of a mixing container which has an inlet connection for the supply for a liquid, an outlet nozzle for discharging a mixed product and a stirring device and / or a shearing and homogenizing device. An inlet valve with a valve closing member is arranged on the mixing container. The inlet valve can be adjusted with the valve closing element either between completely closed (closed position) or completely open (open position). A powdery substance is introduced into the liquid with the inlet valve, with the valve closing element being able to be moved into the closed or open position with a control device assigned to the inlet valve.

Erfindungsgemäß stellt die Steuereinrichtung der Mischvorrichtung rezepturabhängige Vorgabedaten und rezepturabhängige Steuerungsparameter in Gestalt der Zeitdauer des Dosierimpulses und des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse bereit. Weiterhin weist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß wenigstens einen als Messeinrichtung ausgebildeten Signalaufnehmer auf, der eine zeitabhängige Stromaufnahme der Rühreinrichtung und/oder der Scher- und Homogenisier-Einrichtung erfasst. Mit diesen Eigenschaften ausgestattet steuert die Steuereinrichtung die Schließ- oder die Offenstellung des Ventilschließgliedes in Abhängigkeit von der zeitabhängigen Stromaufnahme und in Relation zu den Vorgabedaten und den Steuerungsparametern an.According to the invention, the control device of the mixing device provides recipe-dependent specification data and recipe-dependent control parameters in the form of the duration of the metering pulse and the time interval between adjacent metering pulses. Furthermore, according to the invention, the control device has at least one signal pickup designed as a measuring device, which detects a time-dependent current consumption of the stirring device and / or the shearing and homogenizing device. Equipped with these properties, the control device controls the closed or open position of the valve closing element as a function of the time-dependent power consumption and in relation to the specified data and the control parameters.

Eine Mischvorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrens ist im Wesentlichen adäquat zur Mischvorrichtung zur Durchführung des ersten Verfahrens aufgebaut. Der Unterschied resultiert aus der dem zweiten Verfahren zugrundeliegenden Aufgabe, durch Rezirkulation des Mischproduktes eine weitestgehende Aufkonzentrierung kleiner bis größter Mengen Mischprodukt mit pulverförmigem Stoff zu erreichen. Hierzu ist eine konstruktive Ergänzung der Mischvorrichtung in Form einer Zirkulationsleitung vorgesehen, die von einer an den Auslaufstutzen angeschlossenen Leitung abzweigt und unmittelbar in den Mischbehälter einmündet.A mixing device for carrying out the second method is constructed essentially adequately to the mixing device for carrying out the first method. The difference results from the task on which the second method is based, to achieve the greatest possible concentration of small to large amounts of mixed product with powdery substance by recirculating the mixed product. For this purpose, a structural addition to the mixing device is provided in the form of a circulation line, which branches off from a line connected to the outlet connection and opens directly into the mixing container.

Um das als Hubventil ausgebildete Einlaufventil, das den pulverförmigen Stoff ausschließlich in seiner vollen Offenstellung zuführt und somit die Verstopfungsanfälligkeit von vornherein minimiert, noch weiter diesbezüglich zu optimieren und zum Beispiel Tot- und Hohlräume im pulverbeaufschlagten Bereich des Ventilgehäuses des Einlaufventils zu vermeiden, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Ventilschließglied zumindest in seinem pulverbeaufschlagten Bereich als durchmessergleiche zylindrische Stange ausgebildet ist, an der durchmessergleich ein Ventilteller angeformt ist. Wenn sich das Einlaufventil in seiner vollen Offenstellung befindet, ist das Ventilschließglied mit seinem Ventilteller aufgrund dieser Ausführungsform weitestgehend aus der voll ausgebildeten Strömung des pulverförmigen Stoffes herausgefahren, sodass es einerseits kein Strömungshindernis darstellt und andererseits liegt eine Sitzdichtung, die in dem Ventilteller Aufnahme findet, in der Nähe der Wandung eines Ventilgehäuses und damit außerhalb des voll ausgebildeten Strömungsbereichs der Rohrströmung und wird dadurch allenfalls nur von der wandnahen, stagnierenden Strömung in diesem Randbereich tangiert.In order to further optimize the inlet valve designed as a lift valve, which only supplies the powdery substance in its fully open position and thus minimizes the susceptibility to clogging from the outset, and for example dead spaces and cavities in the powder-loaded area of the valve housing To avoid the inlet valve, an advantageous embodiment provides that the valve closing member is designed, at least in its powder-loaded area, as a cylindrical rod of the same diameter, on which a valve disk is molded with the same diameter. When the inlet valve is in its fully open position, the valve closing member with its valve disk is largely moved out of the fully developed flow of the powdery substance due to this embodiment, so that on the one hand it does not represent a flow obstacle and on the other hand there is a seat seal that is accommodated in the valve disk the vicinity of the wall of a valve housing and thus outside the fully developed flow area of the pipe flow and is therefore only affected by the stagnant flow close to the wall in this edge area.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausgestaltungen eines ersten und eines zweiten Verfahrens zur Steuerung der Einbringung eines pulverförmigen Stoffes in eine aus wenigstens einer Komponente bestehenden Flüssigkeit für ein Inline-Mischverfahren realisiert ist, werden in der Zeichnung ein bevorzugtes erstes und zweites Verfahren sowie eine Mischvorrichtung zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens beschrieben. Es zeigen

Figur 1
in schematischer Darstellung eine Mischvorrichtung für ein Inline-Mischverfahren, das als erstes Verfahren, einem sogenannten Eindurchgang-Verfahren, betrieben wird;
Figur 1a
in schematischer Darstellung eine Mischvorrichtung für ein Inline-Mischverfahren, das als zweites Verfahren, einem sogenannten Mehrdurchgang-Verfahren, betrieben werden kann;
Figur 2
in perspektivischer Darstellung und im Halbschnitt ein Einlaufventil zur Zuführung des pulverförmigen Stoffes in Mischvorrichtungen gemäß den Figuren 1 und 1a ohne ein Steuerkopfgehäuse;
Figur 3
in einer qualitativen Darstellung für das erste Verfahren eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) für eine Abfolge von Dosierimpulsen mit einer konstanten Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und mit einem Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2;
Figur 4
in einer qualitativen Darstellung für das erste Verfahren eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) für eine Abfolge von Dosierimpulsen mit einer konstanten Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1/2 und mit einem Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2/2;
Figur 5
in einer qualitativen Darstellung für das zweite Verfahren eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) für eine Abfolge von Dosierimpulsen mit einer konstanten Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und mit einem konstanten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 zur Realisierung eines zeitabhängigen näherungsweise linear ansteigenden Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration (ohne Sättigungscharakter) und
Figur 6
in einer qualitativen Darstellung für das zweite Verfahren eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) für eine Abfolge von Dosierimpulsen mit einer stetig abnehmenden Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und mit einem konstanten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 zur Realisierung eines zeitabhängigen degressiven Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration (mit Sättigungscharakter).
A more detailed description of the invention can be found in the following description and the attached figures of the drawing and in the claims. While the invention is implemented in a wide variety of configurations of a first and a second method for controlling the introduction of a powdery substance into a liquid consisting of at least one component for an inline mixing method, the drawing shows a preferred first and second method and a mixing device for Implementation of the respective procedure is described. Show it
Figure 1
a schematic representation of a mixing device for an inline mixing process, which is operated as the first process, a so-called single-pass process;
Figure 1a
a schematic representation of a mixing device for an inline mixing process, which can be operated as a second process, a so-called multi-pass process;
Figure 2
In a perspective view and in half-section, an inlet valve for feeding the powdery substance into mixing devices according to FIGS Figures 1 and 1a without a control head housing;
Figure 3
in a qualitative representation for the first method, a time-dependent current consumption I (t) for a sequence of metering pulses with a constant duration of the metering pulse Δt1 and with a time interval between adjacent metering pulses Δt2;
Figure 4
in a qualitative representation for the first method, a time-dependent current consumption I (t) for a sequence of metering pulses with a constant duration of the metering pulse Δt1 / 2 and with a time interval between adjacent metering pulses Δt2 / 2;
Figure 5
In a qualitative representation for the second method, a time-dependent current consumption I (t) for a sequence of metering pulses with a constant duration of the metering pulse Δt1 and with a constant time interval between adjacent metering pulses Δt2 to achieve a time-dependent, approximately linearly increasing course of a dry matter concentration (without saturation character ) and
Figure 6
In a qualitative representation for the second method, a time-dependent current consumption I (t) for a sequence of metering pulses with a continuously decreasing duration of the metering pulse Δt1 and with a constant time interval between adjacent metering pulses Δt2 to achieve a time-dependent degressive course of a dry matter concentration (with a saturation character) .

Mischvorrichtung für erstes Verfahren (Figuren 1 und 2) Mixing device for the first process (Figures 1 and 2)

Eine Mischvorrichtung 1000 weist unter anderem einen Mischbehälter 100 auf, der aus einem vorzugsweise zylindrischen Behältermantel 100.1, einem oberen Behälterboden 100.2 und einem unteren Behälterboden 100.3 besteht. Der untere Behälterboden 100.3 verjüngt sich vorzugsweise nach unten, meist kegelförmig oder in Form eines Kreiskegels, und weist am unteren Ende einen Auslaufstutzen 100.4 für ein Mischprodukt M auf, das mit einem Mengenstrom Mischprodukt ṁM abgeführt wird. Dem Mischbehälter 100 wird über einen Zulaufanschluss 100.5 eine Flüssigkeit F mit einem Mengenstrom Flüssigkeit ṁF kontinuierlich zugeführt, die ein freies Füllstandsniveau N ausbildet, über dem im Regelfall bei der in Rede stehenden Mischvorrichtung 1000 (Vakuummischer) ein Druck oberhalb der Flüssigkeitssäule p, ein Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck, herrscht.A mixing device 1000 has, inter alia, a mixing container 100 which consists of a preferably cylindrical container jacket 100.1, an upper container base 100.2 and a lower container base 100.3. The lower container bottom 100.3 preferably tapers downwards, mostly conically or in the form of a circular cone, and at the lower end has an outlet connection 100.4 for a mixed product M, which is discharged with a mass flow of mixed product ṁ M. A liquid F with a flow rate of liquid ṁ F is continuously fed to the mixing container 100 via an inlet connection 100.5, which forms a free fill level N above which, in the case of the mixing device 1000 in question (vacuum mixer), a pressure above the liquid column p, a negative pressure, is usually compared to atmospheric pressure, prevails.

An dem Behältermantel 100.1 oder dem unteren Behälterboden 100.3 ist ein Einlaufventil 20 angeordnet. Das Einlaufventil 20 dient der diskontinuierlichen Zufuhr eines pulverförmigen Stoffes P mit einem Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP, der über eine Zuführleitung 18 zugeführt wird, in die Flüssigkeit F oder in das Mischprodukt M. Dem Einlaufventil 20 ist eine Steuereinrichtung 30 zugeordnet, die mit einem Steuerkopfgehäuse 14 des Einlaufventils 20 über eine Signalleitung 22 kommuniziert und das Einlaufventil 20 bedarfsweise in seine Offen- oder Schließstellung überführt. Im Mischbehälter 100 befindet sich eine über einen ersten Antriebsmotor 40 mit einer eher niedrigen ersten Drehzahl n1 angetriebene Rühreinrichtung 24, vorzugsweise zentral angeordnet und mechanisch wirkend, die vorzugsweise bis in den Bereich des unteren Behälterbodens 100.3 hinabreicht. Die erforderliche Rührwirkung kann auch durch strömungsmechanische Mittel, beispielsweise durch Umpumpen der Flüssigkeit F bzw. des Mischprodukts M über eine in Figur 1 nicht dargestellte Kreislaufleitung oder eine wie in Figur 1a gezeigte, vergleichbar wirkende Zirkulationsleitung 28 mit vorzugsweise tangentialem Eintritt der Flüssigkeit F oder des Mischprodukts M in den Mischbehälter 100, erreicht oder unterstützt werden.An inlet valve 20 is arranged on the container jacket 100.1 or the lower container base 100.3. The inlet valve 20 is used for the discontinuous supply of a powdery substance P with a mass flow of powdery substance ṁ P , which is fed via a feed line 18, into the liquid F or into the mixed product M. The inlet valve 20 is assigned a control device 30, which has a control head housing 14 of the inlet valve 20 communicates via a signal line 22 and, if necessary, the inlet valve 20 is transferred into its open or closed position. In the mixing container 100 there is a stirring device 24 driven by a first drive motor 40 at a rather low first speed n1, preferably arranged centrally and acting mechanically, which preferably extends down into the area of the lower container bottom 100.3. The required stirring effect can also be achieved by fluid mechanical means, for example by pumping the liquid F or the mixed product M through an in Figure 1 circulation line, not shown, or one as in Figure 1a The circulation line 28 shown, having a comparable effect, with preferably tangential entry of the liquid F or the mixed product M into the mixing container 100, can be reached or supported.

Nachfolgend soll, wenn die Aussage der Einfachheit halber auf Flüssigkeit F reduziert ist, das Mischprodukt M, wenn dies zutrifft, mitgelesen werden und umgekehrt. Alternativ oder additiv zur Rühreinrichtung 24 ist vorzugsweise im unteren Bereich des unteren Behälterbodens 100.3 und vorzugsweise außermittig in diesem eine über einen zweiten Antriebsmotor 50 mit einer eher hohen zweiten Drehzahl n2 angetriebene Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 vorgesehen. Diese saugt die Flüssigkeit F vorzugsweise einerseits von oben an und wirft sie andererseits ringförmig im wandnahen Bereich des unteren Behälterbodens 100.3 derart aus, dass sich vorzugsweise eine von außen nach innen gerichtete Zirkulationsströmung im Mischbehälter 100 ausbildet. Beim Durchgang durch die Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 werden Flüssigkeit F und pulverförmiger Stoff P oder das daraus resultierende Mischprodukt M sehr intensiv mechanisch gemischt und vorzugweise dabei homogenisiert.In the following, if the statement is reduced to liquid F for the sake of simplicity, the mixed product M, if this is the case, is also to be read and vice versa. As an alternative or in addition to the stirring device 24, a shearing and homogenizing device 26 driven by a second drive motor 50 with a rather high second speed n2 is preferably provided in the lower region of the lower container bottom 100.3 and preferably eccentrically in this. This preferably sucks in the liquid F on the one hand from above and on the other hand ejects it in the form of a ring in the area of the lower container bottom 100.3 close to the wall in such a way that a circulation flow directed from the outside inward is preferably formed in the mixing container 100. When passing through the shearing and homogenizing device 26, liquid F and powdery substance P or the mixed product M resulting therefrom are mechanically mixed very intensively and preferably homogenized in the process.

Das Einlaufventil 20 ist als Hubventil ausgebildet ( Figur 2 ). Es weist in einem Ventilgehäuse 2 einen Ventilsitz 2a und einen mit diesem zusammenwirkenden Ventilteller 8a auf, der an einem Ventilschließglied 8 ausgebildet ist. Im Regelfall nimmt das Ventilschließglied 8 eine Sitzdichtung 10 auf, die in der Schließstellung des Einlaufventils 20 im Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 2a die Abdichtung bewirkt. Der Ventilsitz 2a besitzt eine Sitzöffnung 2b, durch welche der über einen Rohranschluss 2c aus der Zuführleitung 18 zugeführte pulverförmige Stoff P in die Flüssigkeit F eingebracht wird ( Figur 1 ). The inlet valve 20 is designed as a lift valve ( Figure 2 ). In a valve housing 2, it has a valve seat 2a and a valve disk cooperating with it 8a, which is formed on a valve closing member 8. As a rule, the valve closing member 8 receives a seat seal 10, which in the closed position of the inlet valve 20, in cooperation with the valve seat 2a, effects the seal. The valve seat 2a has a seat opening 2b through which the powdery substance P supplied from the supply line 18 via a pipe connection 2c is introduced into the liquid F ( Figure 1 ).

Die oberhalb der Anschlussstelle des Einlaufventils 20, die vorzugsweise unmittelbar in der Wandung des Mischbehälters 100 angeordnet ist, anstehende Flüssigkeit F bildet mit ihrer Flüssigkeitssäule eine Höhe h aus ( Figur 1 ), sodass sich der statische Druck im Bereich der vorgenannten Anschlussstelle und damit auch im Bereich der Sitzöffnung 2b aus dem Druck oberhalb der Flüssigkeitssäule p (vorzugsweise Unterdruck) und dem statischen Druck, der sich aus der Höhe der Flüssigkeitssäule h ergibt, zusammensetzt. Bei einem Vakuummischer mit einem Unterdruck von beispielweise p = 0,2 bis 0,8 bar und einer entsprechend diesem Druckbereich zugeordneten Höhe der Flüssigkeitssäule h = 0,2 bis 4 m herrscht im Bereich der Sitzöffnung 2b stets immer noch ein Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck, sodass die Sitzöffnung 2b aus dem Mischbehälter 100 heraus besaugt und damit der pulverförmige Stoff P eingesaugt wird. Die Sitzöffnung 2b ist mit dem Ventilteller 8a zwischen vollständig geschlossen, der Schließstellung, oder vollständig geöffnet, der Offenstellung, einstellbar. Das Ventilgehäuse 2 ist über ein Laternengehäuse 4 mit einem Antriebsgehäuse 6 zum Antrieb des Ventilschließgliedes 8 verbunden. Es handelt sich vorzugsweise um einen druckmittelbeaufschlagten Feder/Kolben-Antrieb, wobei eine Rückstellfeder 12 das Ventilschließglied 8 in der Regel in seine Schließstellung überführt, wenn das Antriebsgehäuse 6 nicht mit Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, beaufschlagt ist. Eine Ventilstange 8b, die am Ventilteller 8a des Ventilschließgliedes 8 angreift und durch das Antriebsgehäuse 6 hindurch- und bis in das Steuerkopfgehäuse 14 hineingeführt ist, dient antriebsseitig der axialen Führung des Ventilschließgliedes 8. Das Ventilschließglied 8 ist zumindest in seinem pulverbeaufschlagten Bereich als durchmessergleiche zylindrische Stange ausgebildet, an der durchmessergleich der Ventilteller 8a angeformt ist. Durch diese konstruktive Ausgestaltung werden Hohl- und Toträume im Ventilgehäuse 2 im pulverbeaufschlagten Bewegungsbereich des Ventilschließgliedes 8 vermieden, wobei sich das Ventilschließglied 8 mit seinem endseitigen Ventilteller 8a und der zugeordneten Sitzdichtung 10 weitestgehend aus dem voll durchströmten Bereich des Ventilgehäuses 2 zurückziehen lässt.The liquid F above the connection point of the inlet valve 20, which is preferably arranged directly in the wall of the mixing container 100, forms a height h with its liquid column ( Figure 1 ), so that the static pressure in the area of the aforementioned connection point and thus also in the area of the seat opening 2b is made up of the pressure above the liquid column p (preferably negative pressure) and the static pressure resulting from the height of the liquid column h. In the case of a vacuum mixer with a negative pressure of, for example, p = 0.2 to 0.8 bar and a height of the liquid column h = 0.2 to 4 m assigned to this pressure range, there is always a negative pressure compared to atmospheric pressure in the area of the seat opening 2b, so that the seat opening 2b is sucked out of the mixing container 100 and thus the powdery substance P is sucked in. The seat opening 2b can be adjusted with the valve disk 8a between completely closed, the closed position, or completely open, the open position. The valve housing 2 is connected via a lantern housing 4 to a drive housing 6 for driving the valve closing member 8. It is preferably a spring / piston drive acted upon by pressure medium, a return spring 12 usually moving the valve closing member 8 into its closed position when the drive housing 6 is not acted upon by pressure medium, preferably compressed air. A valve rod 8b, which engages the valve plate 8a of the valve closing element 8 and is guided through the drive housing 6 and into the control head housing 14, serves on the drive side for the axial guidance of the valve closing element 8. The valve closing element 8 is at least in its powder-loaded area as a cylindrical rod of the same diameter formed on which the valve disk 8a is formed with the same diameter. This structural design avoids cavities and dead spaces in the valve housing 2 in the range of movement of the valve closing member 8 that is exposed to powder, the valve closing member 8 moving with it its end valve disk 8a and the associated seat seal 10 can be withdrawn as far as possible from the area of the valve housing 2 through which there is a full flow.

Die Steuereinrichtung 30 ( Figur 1 ) weist wenigstens einen Signalaufnehmer 16 auf. Der wenigstens eine Signalaufnehmer 16 ist eine Messeinrichtung beispielsweise für Mischparameter, wie beispielsweise der Mengenstrom Flüssigkeit ṁF, der Druck oberhalb der Flüssigkeitssäule p im Mischbehälter 100, eine Misch- oder Lösungstemperatur T der Flüssigkeit F, eine Trockenstoff-Konzentration c oder ein zeitabhängiger Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t), Drehzahlen n1, n2 und eine zeitabhängige Stromaufnahme I(t) der Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Einrichtung 24, 26. Der Signalaufnehmer 16 ist in Figur 1 beispielhaft für die zeitabhängige Stromaufnahme I(t) des zweiten Antriebsmotors 50 der Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 dargestellt. In analoger Weise können zusätzlich oder alternativ weitere Messeinrichtungen vorgesehen werden, die die anderen Mischparameter ermitteln.The control device 30 ( Figure 1 ) has at least one signal pickup 16. The at least one signal sensor 16 is a measuring device, for example for mixing parameters, such as the volume flow of liquid ṁ F , the pressure above the liquid column p in the mixing container 100, a mixing or solution temperature T of the liquid F, a dry matter concentration c or a time-dependent course of a Dry matter concentration c (t), speeds n1, n2 and a time-dependent current consumption I (t) of the stirring and / or shearing and homogenizing device 24, 26. The signal pick-up 16 is shown in FIG Figure 1 shown by way of example for the time-dependent current consumption I (t) of the second drive motor 50 of the shearing and homogenizing device 26. In an analogous manner, additional or alternatively further measuring devices can be provided which determine the other mixing parameters.

Mischvorrichtung für zweites Verfahren (Figuren 1a und 2) Mixing device for the second process (Figures 1a and 2)

Eine Mischvorrichtung 1000 für das zweite Verfahren unterscheidet sich von jener für das erste Verfahren lediglich dadurch, dass eine Zirkulationsleitung 28 vorgesehen ist, die von einer an den Auslaufstutzen 100.4 angeschlossenen Leitung abzweigt und unmittelbar in den Mischbehälter 100, vorzugsweise über einen eigenen Rezirkulationsanschluss 100.6, einmündet. Die an den Auslaufstutzen 100.4 angeschlossene Leitung kann über einen oder mehrere Speicherbehälter geführt und schließlich mit dem Zulaufanschluss 100.5 verbunden sein. Diese konstruktiven Maßnahmen dienen verfahrenstechnischen Zwecken, die vorstehend bereits erläutert wurden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf eine vollständige Beschreibung der Mischvorrichtung 1000 gemäß Figur 1a verzichtet und diesbezüglich auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.A mixing device 1000 for the second method differs from that for the first method only in that a circulation line 28 is provided, which branches off from a line connected to the outlet nozzle 100.4 and opens directly into the mixing container 100, preferably via its own recirculation connection 100.6 . The line connected to the outlet connection 100.4 can be routed through one or more storage tanks and finally connected to the inlet connection 100.5. These constructive measures serve procedural purposes that have already been explained above. In order to avoid repetition, a complete description of the mixing device 1000 according to FIG Figure 1a waived and in this regard to the description Figure 1 referenced.

Erstes Verfahren (Figuren 3 und 4 in Verbindung mit den Figuren 1 und 2) First method (Figures 3 and 4 in conjunction with Figures 1 and 2)

Die Einbringung und Behandlung des pulverförmigen Stoffes P erfolgt quasi unter den reaktionskinetischen Bedingungen eines Verweilzeitverhaltens eines kontinuierlich arbeitenden homogenen Reaktionskessels. Es werden die Flüssigkeit F über den Zulaufanschluss 100.5 mit dem Mengenstrom Flüssigkeit ṁF, der im allgemeinsten Falle ein zeitabhängiger Mengenstrom Flüssigkeit (ṁF(t)) sein kann, kontinuierlich und der pulverförmige Stoff P über das Einlaufventil 20 diskontinuierlich mit dem Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP, der im allgemeinsten Falle ebenfalls ein zeitabhängiger Mengenstrom pulverförmiger Stoff (ṁP(t)) sein kann, dem Mischprozess im Mischbehälter 100 zugeführt, wobei das Ziel die vorgegebene, zeitlich unveränderliche Trockenstoff-Konzentration c des pulverförmigen Stoffes P in der Flüssigkeit F ist. Die Flüssigkeit F und der pulverförmige Stoff P werden fortwährend gerührt und/oder zu dem Mischprodukt M gemischt und das Mischprodukt M wird dabei homogenisiert. Das Mischprodukt M wird entsprechend der zugeführten Mengen an Flüssigkeit F und pulverförmigem Stoff P mit dem Mengenstrom Mischprodukt ṁM kontinuierlich abgeführt. Es sind eine Rezeptur des Mischproduktes M wenigstens hinsichtlich der vorgegebenen Trockenstoff-Konzentration c und die Reaktionsbedingungen jeweils in Form von Vorgabedaten D vorgegeben.The introduction and treatment of the pulverulent substance P takes place quasi under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel. The liquid F Via the inlet connection 100.5 with the flow rate of liquid ṁ F , which in the most general case can be a time-dependent flow rate of liquid (ṁ F (t)), continuously and the powdery substance P via the inlet valve 20 discontinuously with the flow rate of powdery substance ṁ P , which is in In the most general case, a time-dependent mass flow of powdery substance (ṁ P (t)) can also be fed to the mixing process in the mixing container 100, the goal being the predetermined, time-unchangeable dry matter concentration c of the powdery substance P in the liquid F. The liquid F and the powdery substance P are continuously stirred and / or mixed to form the mixed product M and the mixed product M is homogenized in the process. The mixed product M is continuously removed with the mixed product ṁ M according to the supplied amounts of liquid F and powdery substance P. A recipe for the mixed product M, at least with regard to the specified dry matter concentration c, and the reaction conditions in each case in the form of specified data D are specified.

Die diskontinuierliche Zufuhr des pulverförmigen Stoffes P erfolgt über eine Zeitdauer t impulsweise durch eine zeitliche Abfolge von Dosierimpulsen i ( Figuren 3 und 4 ), die jeweils durch den Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, eine Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und einen Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 charakterisiert sind. Der Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP ist grundsätzlich ein zeitabhängiger Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP(t), wie vorstehend bereits angegeben, wobei beim vorliegenden Anmeldungsgegenstand aufgrund der Bauart und der Schaltcharakteristik des Einlaufventils 20 näherungsweise von einem zeitunabhängigen und damit konstanten Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP ausgegangen wird (ṁP = konstant). Nach Gleichung (1) ist die vorgegebene konstante Trockenstoff-Konzentration c durch ein gleichfalls festes, d.h. konstantes Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 definiert (V = Δt1/Δt2 = konstant).The discontinuous supply of the powdery substance P takes place over a period of time t in pulses by a time sequence of metering pulses i ( Figures 3 and 4 ), which are each characterized by the mass flow of the powdery substance ṁ P , a duration of the dosing pulse Δt1 and a time interval between adjacent dosing pulses Δt2. The mass flow of the powdery substance ṁ P is basically a time-dependent mass flow of powdery substance ṁ P (t), as already stated above, whereby in the present application subject due to the design and the switching characteristics of the inlet valve 20, approximately from a time-independent and thus constant mass flow of powdery substance ṁ P is assumed (ṁ P = constant). According to equation (1), the given constant dry matter concentration c is defined by an equally fixed, i.e. constant time duration / time interval ratio V between the duration of the metering pulse Δt1 and the assigned time interval between adjacent metering pulses Δt2 (V = Δt1 / Δt2 = constant).

Für die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 gemäß Figur 3 wird beispielsweise am zweiten Antriebsmotor 50 der Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 die gleichfalls in Figur 3 über der entsprechenden Zeitdauer t aufgetragene zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ermittelt bzw. gemessen. Letztere ist proportional zu einer für ein im Mischbehälter 100 unmittelbar nach dem Dosierimpuls i temporär vorliegendes Mischprodukt M* erforderlichen Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung ( Figur 1 ), die von der Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Einrichtung 24, 26 in dieser Phase der Behandlung aufzubringen ist. Der Verlauf der zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ist einer Gauß'schen Normalverteilungskurve ähnlich, er steigt mit dem stoßweise eintretenden Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP an, erreicht ein Maximum, um dann nach Auflösung des pulverförmigen Stoffes P, d.h. bei einem dann erreichten homogenisierten Mischprodukt M, auf einen Ausgangswert allmählich abzufallen.For the duration of the dosing pulse Δt1 according to Figure 3 is, for example, the same on the second drive motor 50 of the shearing and homogenizing device 26 in Figure 3 Time-dependent current consumption I (t) plotted over the corresponding period t is determined or measured. The latter is proportional to a stirring and / or shearing and homogenizing power required for a mixing product M * temporarily present in the mixing container 100 immediately after the dosing pulse i ( Figure 1 ), which is to be applied by the stirring and / or shearing and homogenizing device 24, 26 in this phase of the treatment. The course of the time-dependent current consumption I (t) is similar to a Gaussian normal distribution curve, it increases with the intermittent flow of powdery substance ṁ P , reaches a maximum, and then after dissolution of the powdery substance P, i.e. with a homogenized mixed product that is then reached M to gradually decrease to an initial value.

Dieses typische Verhalten wird erfindungsgemäß steuerungstechnisch genutzt, indem aus den Vorgabedaten D eine Referenzstromaufnahme Io herangezogen wird, die charakteristisch ist für die am homogenisierten Mischprodukt M zu erbringende Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung.According to the invention, this typical behavior is used for control purposes in that a reference current consumption I o is used from the specification data D, which is characteristic of the stirring and / or shearing and homogenizing power to be provided on the homogenized mixed product M.

Wenn der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 nicht ausreicht, um eine dosierte Menge pulverförmiger Stoff mP = ṁP Δt1 aufzulösen, einzumischen und zu homogenisieren, wird eine zeitabhängige nach oben abweichende Stromaufnahme I*(t) gemessen, sodass bei diesem Zustand des temporär vorliegenden Mischprodukts M* am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 ein erneuter Dosierimpuls i noch nicht angezeigt ist. Wird unter vergleichbaren Bedingungen eine zeitabhängige nach unten abweichende Stromaufnahme I**(t) ermittelt, dann kann dies ein Indiz dafür sein, dass die durch den Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 auch definierte Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Phase übermäßig lang bemessen ist oder dass keine dieser Phase adäquate Menge pulverförmiger Stoff mP dosiert wurde.If the time interval between adjacent metering pulses Δt2 is not sufficient to dissolve, mix in and homogenize a metered amount of powdery substance m P = ṁ P Δt1, a time-dependent, upwardly deviating current consumption I * (t) is measured, so that in this state of the temporarily present mixed product M * at the end of the time interval between adjacent dosing pulses Δt2 a new dosing pulse i is not yet displayed. If, under comparable conditions, a time-dependent, downwardly deviating current consumption I ** (t) is determined, this can be an indication that the stirring and / or shearing and homogenizing phase, which is also defined by the time interval between adjacent metering pulses Δt2, is excessively long is or that no adequate amount of powdery substance m P was dosed in this phase.

Dem vorstehend dargestellten Sachverhalt trägt das Verfahren zur Steuerung erfindungsgemäß dadurch Rechnung, dass am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 und bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von der zeitunabhängigen und damit konstanten Referenzstromaufnahme Io (Io = konstant) um mehr als eine vorgegebene Toleranz, und zwar entweder nach oben oder nach unten, und unter Einhaltung des festen Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnisses V (V = Δt1/Δt2 = konstant) die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 für den nachfolgenden Dosierimpuls i im ersten Fall verkürzt und im zweiten Fall verlängert wird. Die Toleranz besteht in einer Vorgabe einer zulässigen Stromüberschreitung ΔI1 und in einer zulässigen Stromunterschreitung ΔI2 ( Figur 3 ). According to the invention, the method for controlling takes account of the facts presented above in that at the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 and when the time-dependent current consumption I (t) deviates from the time-independent and therefore constant reference current consumption I o (I o = constant) by more than one specified tolerance, either upwards or downwards, and while maintaining the fixed duration-time interval ratio V (V = Δt1 / Δt2 = constant) the duration of the dosing pulse Δt1 for the subsequent dosing pulse i is shortened in the first case and lengthened in the second case. The tolerance consists of a specification of a permissible current exceedance ΔI1 and a permissible current undercurrent ΔI2 ( Figure 3 ).

Der Fall der Verkürzung ist in Figur 4 dargestellt, wobei in dem dargestellten Fallbeispiel die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und damit auch der zugeordnete Zeitabschnitt benachbarter Dosierimpulse Δt2 beispielhaft halbiert wurden (Δt1/2; Δt2/2). Auch bei diesem Dosiermodus wird wiederum am Ende des Zeitabschnittes benachbarter Dosierimpulse Δt2/2 eine Überprüfung vorgenommen, ob im Rahmen der vorgegebenen Toleranz eine zeitabhängige nach oben oder nach unten abweichende Stromaufnahme I*(t), I**(t) vorliegt, die eine notwendige Korrektur im vorstehend dargestellten Sinne erforderlich macht.The case of foreshortening is in Figure 4 shown, whereby in the case example shown, the duration of the dosing pulse Δt1 and thus also the associated time segment of adjacent dosing pulses Δt2 have been halved by way of example (Δt1 / 2; Δt2 / 2). In this metering mode, too, at the end of the period of adjacent metering pulses Δt2 / 2, a check is carried out to determine whether a time-dependent current consumption I * (t), I ** (t) is present within the specified tolerance makes necessary correction in the sense described above.

Die Verkürzung oder die Verlängerung der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 erfolgt dann, wenn ein durch die zulässige Stromüberschreitung ΔI1 oder die zulässige Stromunterschreitung ΔI2 jeweils bestimmter Stromkorridor durch die zeitabhängige nach oben oder nach unten abweichende Stromaufnahme I*(t), I**(t) verlassen wird. Die zulässige Stromüberschreitung und die zulässige Stromunterschreitung ΔI1, ΔI2 sind vorzugsweise jeweils durch einen prozentualen Anteil von der zugeordneten Referenzstromaufnahme Io bestimmt. Weiterhin ist vorzugsweise das Maß der Verkürzung oder der Verlängerung der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 in Abhängigkeit von dem Maß der Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von der zugeordneten Referenzstromaufnahme Io bestimmt. Die letztlich durch die jeweilige Rezeptur des Mischprodukts M bestimmte zulässige Stromüberschreitung ΔI1 und zulässige Stromunterschreitung ΔI2 können Bestandteil der Vorgabedaten D für den Mischprozess sein.The shortening or lengthening of the duration of the dosing pulse Δt1 occurs when a current corridor determined by the permissible current exceedance ΔI1 or the permissible current undercurrent ΔI2 due to the time-dependent current consumption I * (t), I ** (t) deviating upwards or downwards. is left. The permissible current excess and the permissible current shortfall ΔI1, ΔI2 are preferably each determined by a percentage of the assigned reference current consumption I o . Furthermore, the amount of shortening or lengthening of the duration of the metering pulse Δt1 is preferably determined as a function of the amount of deviation of the time-dependent current consumption I (t) from the assigned reference current consumption I o . The permissible current excess ΔI1 and permissible current shortfall ΔI2 ultimately determined by the respective formulation of the mixed product M can be part of the specification data D for the mixing process.

Im Verlauf der Steuerung der Einbringung des pulverförmigen Stoffes P in die wenigstens eine Flüssigkeit F gewonnene zielführende rezepturabhängige Steuerungsparameter S, nämlich die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2, werden gespeichert und für nachfolgende Steuerungen gleicher Rezepturen herangezogen.In the course of controlling the introduction of the powdery substance P into the at least one liquid F, targeted, recipe-dependent control parameters S, namely the duration of the dosing pulse Δt1 and the time interval between adjacent dosing pulses Δt2, are stored and used for subsequent controls of the same recipes.

Die Steuereinrichtung 30 der Mischvorrichtung 100 ist erfindungsgemäß so eingerichtet, dass diese die rezepturabhängigen Vorgabedaten D sowie die rezepturabhängigen Steuerungsparameter S in Gestalt der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 bereitstellen kann. Die Steuereinrichtung 30 weist weiterhin wenigstens den als Messeinrichtung ausgebildeten Signalaufnehmer 16 auf ( Figur 1 ), der die zeitabhängige Stromaufnahme I(t) der Rühreinrichtung 24 und/oder der Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 erfasst ( Figuren 3, 4 ). Die Steuereinrichtung 30 steuert erfindungsgemäß die Schließ- oder die Offenstellung des Ventilschließgliedes 8 ( Figur 2 ) in Abhängigkeit von der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) und in Relation zu den Vorgabedaten D und den Steuerungsparametern S an.The control device 30 of the mixing device 100 is set up according to the invention so that it can provide the recipe-dependent default data D and the recipe-dependent control parameters S in the form of the duration of the metering pulse Δt1 and the time interval between adjacent metering pulses Δt2. The control device 30 also has at least the signal pick-up 16 designed as a measuring device ( Figure 1 ), which records the time-dependent current consumption I (t) of the stirring device 24 and / or the shearing and homogenizing device 26 ( Figures 3, 4 ). According to the invention, the control device 30 controls the closed or open position of the valve closing element 8 ( Figure 2 ) as a function of the time-dependent current consumption I (t) and in relation to the default data D and the control parameters S.

Zweites Verfahren (Figuren 5 und 6 in Verbindung mit den Figuren 1a und 2) Second method (Figures 5 and 6 in conjunction with Figures 1a and 2)

Um Wiederholungen zu vermeiden, wird bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung zum zweiten Verfahren in seinen beiden Ausgestaltungen nur auf solche Lösungsmerkmale abgestellt, in denen sich das zweite vom ersten Verfahren unterscheidet. Ansonsten wird auf die Figurenbeschreibung zum ersten Verfahren verwiesen.In order to avoid repetition, the following description of the figures for the second method in its two embodiments focuses only on those solution features in which the second method differs from the first method. Otherwise, reference is made to the description of the figures for the first method.

Die Einbringung und Behandlung des pulverförmigen Stoffes P erfolgt unter den reaktionskinetischen Bedingungen eines Verweilzeitverhaltens eines kontinuierlich arbeitenden homogenen Reaktionskessels. Es wird in einer ersten Phase Flüssigkeit F in dem Mischbehälter 100 vorgelegt (Zufuhr über den Zulaufanschluss 100.5) und der pulverförmige Stoff P wird dieser insgesamt vorgelegten Flüssigkeit F über das Einlaufventil 20 diskontinuierlich mit dem Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP zugeführt, wobei am Ende der ersten Phase eine Trockenstoff-Konzentration c erreicht ist, die unterhalb eines für das Ende des gesamten Mischprozesses vorgegebenen Endwertes cE liegt. Die Flüssigkeit F und der pulverförmige Stoff P werden mittels der Rühr-Einrichtung 24 fortwährend gerührt und/oder mittels der Scher- und Homogenisier-Einrichtung 26 zu dem Mischprodukt M gemischt und das Mischprodukt M wird homogenisiert.The introduction and treatment of the pulverulent substance P takes place under the reaction kinetic conditions of a residence time behavior of a continuously operating homogeneous reaction vessel. In a first phase, liquid F is placed in the mixing container 100 (supply via the inlet connection 100.5) and the powdery substance P is fed to this total liquid F via the inlet valve 20 discontinuously with the mass flow of powdery substance ṁ P , at the end of the first Phase a dry matter concentration c is reached, which is below a predetermined end value c E for the end of the entire mixing process. The liquid F and the powdery substance P are continuously stirred by means of the stirring device 24 and / or mixed by means of the shearing and homogenizing device 26 to form the mixed product M and the mixed product M is homogenized.

In einer zweiten Phase wird das in der ersten Phase gewonnene Mischprodukt M über den Mischbehälter 100 rezirkuliert und es werden weiterhin der rezirkulierten Menge Mischprodukt M entsprechende Mengen an pulverförmigem Stoff P diskontinuierlich zugeführt. Die in die Rezirkulation abgeführte Menge Mischprodukt M kann in einen ersten Anteil a und in einen zweiten Anteil b aufgeteilt werden ((a+b)M). Die Mengenbilanz gestaltet sich demnach in der zweiten Phase bei konstantem Füllstandsniveau N zwingend nach der Kontinuitätsbedingung. Das Mischprodukt M wird so lange rezirkuliert, bis ein zeitabhängiger Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) des pulverförmigen Stoffes P im Mischprodukt M auf den vorgegebenen Endwert cE aufgewachsen ist.In a second phase, the mixed product M obtained in the first phase is recirculated via the mixing container 100 and the recirculated product continues to be used Amount of mixed product M corresponding amounts of powdery substance P supplied discontinuously. The amount of mixed product M discharged into the recirculation can be divided into a first portion a and a second portion b ((a + b) M). In the second phase, with a constant fill level N, the quantity balance is therefore compulsorily based on the continuity condition. The mixed product M is recirculated until a time-dependent course of a dry matter concentration c (t) of the powdery substance P in the mixed product M has grown to the predetermined end value c E.

Bei dem in Rede stehenden Mischverfahren sind eine Rezeptur des Mischproduktes M wenigstens hinsichtlich des dem vorgegebenen Endwert cE zugeordneten zeitabhängigen Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration c(t) und die Reaktionsbedingungen jeweils in Form der Vorgabedaten D vorgegeben.In the mixing process in question, a formulation of the mixed product M is given, at least with regard to the time-dependent curve of a dry matter concentration c (t) assigned to the given end value c E , and the reaction conditions are given in the form of the default data D in each case.

Der erfinderische Lösungsgedanke entspricht in wesentlichen Merkmalen jenem gemäß dem ersten Verfahren. Durch den mehrstufigen Ablauf in der zweiten Phase des zweiten Verfahrens ergibt sich der zeitabhängige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t), der planmäßig in dem vorgegebenen Endwert cE endet, wobei zwischen dem Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ohne Sättigungscharakter (näherungsweise linearer zeitabhängiger Verlauf; siehe Figur 5 ) oder mit Sättigungscharakter (degressiver zeitabhängiger Verlauf; siehe Figur 6 ) zu unterscheiden ist. Der in dem vorgegebenen Endwert cE endende zeitabhängige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ist durch die Abfolge bestimmter Dosierimpulse i, d.h eindeutig festgelegt durch die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und den Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2, definiert.The inventive solution concept corresponds in essential features to that according to the first method. The multi-stage process in the second phase of the second method results in the time-dependent course of a dry matter concentration c (t), which ends as planned in the specified end value c E , with between the course of a dry matter concentration c (t) without saturation character ( approximately linear time-dependent course; see Figure 5 ) or with saturation character (degressive time-dependent course; see Figure 6 ) is to be distinguished. The time-dependent course of a dry matter concentration c (t) ending in the predetermined end value c E is defined by the sequence of specific metering pulses i, ie clearly defined by the duration of the metering pulse Δt1 and the time interval between adjacent metering pulses Δt2.

Sobald sich der pulverförmige Stoff P in der aufnehmenden Flüssigkeit F (erste Phase) und in dem aufnehmenden Mischprodukt M (zweite Phase) gleichverteilt, d.h. möglichst homogen verteilt und ggf. dabei aufgelöst hat, klingt die zeitabhängige Stromaufnahme I(t) ab, und zwar auf einen zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t), der charakteristisch ist für die am homogenisierten Mischprodukt M unter den Bedingungen des zugeordneten zeitabhängigen Verlaufs einer Trockenstoff-Konzentration c(t) zu erbringende Rühr- und/oder Scher- und Homogenisier-Leistung (siehe Figur 5 : annähernd linearer zeitabhängiger Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t); Figur 6 : degressiver zeitabhängiger Verlauf einer Referenzstromaufnahme I0(t)). Der zeitabhängige Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) beginnt zum Zeitpunkt t = 0, zu dem nur die reine Flüssigkeit F vorliegt, mit einem Anfangswert Io(t = 0) = I0 (siehe Figuren 5 , 6 ). Der diesbezügliche Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) ist in den Vorgabedaten D hinterlegt, und er ist abhängig von der Rezeptur des Mischproduktes M und den Reaktionsbedingungen für den Mischprozess.As soon as the powdery substance P is evenly distributed in the absorbing liquid F (first phase) and in the absorbing mixed product M (second phase), ie has been distributed as homogeneously as possible and possibly dissolved, the time-dependent current consumption I (t) subsides on a time-dependent curve of a reference current consumption I o (t), which is characteristic of the stirring and / or shearing and homogenizing power to be provided on the homogenized mixed product M under the conditions of the assigned time-dependent curve of a dry matter concentration c (t) ( please refer Figure 5 : approximately linear time-dependent Course of a reference current consumption I o (t); Figure 6 : degressive time-dependent course of a reference current consumption I 0 (t)). The time-dependent course of a reference current consumption I o (t) begins at time t = 0, at which only the pure liquid F is present, with an initial value I o (t = 0) = I 0 (see FIG Figures 5 , 6th ). The related course of a reference current consumption I o (t) is stored in the specification data D, and it is dependent on the recipe of the mixed product M and the reaction conditions for the mixing process.

Am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 und bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als eine vorgegebene Toleranz, wobei eine Abweichung entweder nach oben oder nach unten vorliegen kann (siehe Figuren 5 , 6 ), wird die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 für den nachfolgenden Dosierimpuls im ersten Fall verkürzt und im zweiten Fall verlängert.At the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 and when the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respective assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t) by more than a specified tolerance, with a deviation either upwards or downwards (please refer Figures 5 , 6th ), the duration of the dosing pulse Δt1 for the subsequent dosing pulse is shortened in the first case and lengthened in the second case.

Für einen zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ohne Sättigungscharakter, beginnend bei c(t = 0) = 0 für die reine Flüssigkeit F ( Figur 5 ), wie er durch die oben angegebenen Gleichungen (2, 2a) beschrieben werden kann (c(t) = k1 V t), sieht eine Ausgestaltung des zweiten Verfahrens vor, dass dieser Verlauf durch ein festes Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 definiert ist (V = Δt1/Δt2 = konstant). Bei Abweichungen von dem zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) wird erfindungsgemäß bei konstantem Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 verkürzt (wie dies in Figur 4 im Unterschied zu Figur 3 beispielhaft qualitativ aufgezeigt ist) oder verlängert. Diese steuerungstechnische Maßnahme mit einem festen Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V führt zwangsläufig im gleichen Verhältnis zu einer entsprechenden Verkürzung oder Verlängerung des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2, bezogen auf den nachfolgenden Dosierimpuls i.For a time-dependent course of a dry matter concentration c (t) without saturation character, starting at c (t = 0) = 0 for the pure liquid F ( Figure 5 ), as it can be described by the equations (2, 2a) given above (c (t) = k1 V t), an embodiment of the second method provides that this course is determined by a fixed time duration-time interval ratio V between the Duration of the dosing pulse Δt1 and the assigned time interval between adjacent dosing pulses Δt2 is defined (V = Δt1 / Δt2 = constant). In the event of deviations from the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), the duration of the metering pulse Δt1 is shortened according to the invention with a constant duration-time interval ratio V (as shown in FIG Figure 4 in contrast to Figure 3 is shown qualitatively as an example) or extended. This technical control measure with a fixed time duration / time interval ratio V inevitably leads in the same ratio to a corresponding shortening or lengthening of the time interval between adjacent metering pulses Δt2, based on the subsequent metering pulse i.

Für einen zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) mit Sättigungscharakter ( Figur 6 ), wie er durch die oben angegebene Gleichung (3) beschrieben werden kann c t k 2 t = 0 t Δ t 1 ρ M t ,

Figure imgb0010
sieht eine weitere Ausgestaltung des zweiten Verfahrens vor, dass dieser Verlauf durch ein variables Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V zwischen der Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und dem zugeordneten Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 definiert ist (V = Δt1/Δt2 ≠ konstant), wobei

  • bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als die vorgegebene Toleranz nach oben das Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V verkleinert und
  • bei Abweichung der zeitabhängigen Stromaufnahme I(t) von dem jeweils zugeordneten Wert im zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) um mehr als die vorgegebene Toleranz nach unten das Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V vergrößert wird.
For a time-dependent course of a dry matter concentration c (t) with saturation character ( Figure 6 ) as can be described by equation (3) given above c t k 2 t = 0 t Δ t 1 ρ M. t ,
Figure imgb0010
A further embodiment of the second method provides that this course is defined by a variable time duration / time interval ratio V between the time duration of the metering pulse Δt1 and the associated time interval between adjacent metering pulses Δt2 (V = Δt1 / Δt2 ≠ constant), where
  • if the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respectively assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t) by more than the specified tolerance upwards, the duration-time interval ratio V is reduced and
  • if the time-dependent current consumption I (t) deviates from the respectively assigned value in the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), the time-duration-time-interval ratio V is increased by more than the specified tolerance.

Der jeweilige Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t) ist über die Zeitdauer t, beginnend bei c(t = 0) = 0 für die reine Flüssigkeit F ( Figur 6 ), degressiv ansteigend, weil der fortlaufend impulsweise dosierte Mengenstrom des pulverförmigen Stoffes ṁP, über die gesamte Zeitdauer t des Mischprozesses gesehen, zwar vorzugsweise konstant ist (ṁP = konst), die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 jedoch stetig abnimmt und somit eine stetig abnehmende Menge pulverförmiger Stoff mP eindosiert wird. Der Mengenstrom pulverförmiger Stoff ṁP wird in der Zeitdauer t des gesamten Mischprozesses bei annähernd unveränderlichem Füllstandsniveau N im Mischbehälter 100 in ein vorliegendes nahezu unveränderliches Volumen des Mischprodukts VM eingebracht (VM ≈ konstant), wobei eine Dichte ρM des Mischprodukts M zunimmt, und zwar entsprechend dem zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t), der auf den vorgegebenen Endwert cE aufwächst.The respective course of a dry matter concentration c (t) is over the time period t, starting with c (t = 0) = 0 for the pure liquid F ( Figure 6 ), increasing degressively, because the continuously pulsed flow of the powdery substance ṁ P , viewed over the entire period t of the mixing process, is preferably constant (ṁ P = const), but the duration of the dosing pulse Δt1 steadily decreases and thus a steadily decreasing one Amount of powdery substance m P is metered in. The mass flow of powdery substance ṁ P is introduced into an existing almost unchangeable volume of the mixed product V M (V M ≈ constant) in the time period t of the entire mixing process with an almost unchangeable fill level N in the mixing container 100, with a density ρ M of the mixed product M increasing, namely according to the time-dependent course of a dry matter concentration c (t), which grows to the predetermined end value c E.

Figur 6 verdeutlicht in Abhängigkeit von dem zeitabhängigen Verlauf einer Trockenstoff-Konzentration c(t), wie die jeweils dosierte Menge pulverförmiger Stoff mp = ṁPΔt1 stetig abnimmt, wobei die jeweils zugeordnete zeitabhängige Stromaufnahme I(t) sich jeweils am Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 an den zugeordneten zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t) angenähert hat bzw. mit diesem weitestgehend deckungsgleich ist. Ein diesbezüglicher Verlauf beschreibt einen gelungenen Mischprozess, der einerseits das Mischprodukt M schont und andererseits energieeffizient ausgestaltet ist. Er erfordert keine steuerungstechnischen Maßnahmen im vorstehend erläuterten Sinne. Erst wenn Abweichungen von der zulässigen Stromüberschreitung oder Stromunterschreitung ΔI1, ΔI2 auftreten, greifen sinngemäß die Steuerungsmechanismen, wie sie zum ersten Verfahren im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben wurden. Figure 6 illustrates, as a function of the time-dependent course of a dry matter concentration c (t), how the respectively dosed amount of powdery substance mp = ṁ P Δt1 steadily decreases, with the respectively assigned time-dependent current consumption At the end of the time interval between adjacent metering pulses .DELTA.t2, I (t) has approached the associated time-dependent course of a reference current consumption I o (t) or is largely congruent with it. A related course describes a successful mixing process, which on the one hand protects the mixed product M and on the other hand is designed to be energy-efficient. It does not require any control measures in the sense explained above. Only when deviations from the permissible current excess or current shortfall ΔI1, ΔI2 occur, do the control mechanisms, as used in the first method in connection with the Figures 3 and 4 have been described.

Diese steuerungstechnischen Maßnahmen mit einem variablen Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis V erfordern von der Steuereinrichtung 30 die Fähigkeit, die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 bei unveränderlichem Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 zu verkürzen oder zu verlängern oder bei unveränderter Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 den Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 adäquat zu verlängern oder zu verkürzen.These control measures with a variable duration-time interval ratio V require the control device 30 to be able to shorten or lengthen the duration of the metering pulse Δt1 with an unchanging time interval between adjacent metering pulses Δt2 or to adequately adjust the time interval between adjacent metering pulses Δt2 with the same duration of the metering pulse Δt1 lengthen or shorten.

Die erfindungsgemäßen steuerungstechnischen Maßnahmen bestehen im Kern somit bei beiden Ausgestaltungen des zweiten Verfahrens darin, dass die Zeitdauer des Dosierimpulses Δt1 und der Zeitabstand benachbarter Dosierimpulse Δt2 so gewählt werden, dass sich am jeweiligen Ende des Zeitabstandes benachbarter Dosierimpulse Δt2 die zeitabhängig ermittelte Stromaufnahme I(t) zum Rühren und/oder Mischen und Homogenisieren des temporär vorliegenden Mischproduktes M* an den zeitabhängigen Verlauf einer Referenzstromaufnahme Io(t), der zur diesbezüglichen Behandlung des homogenisierten Mischprodukts M erforderlich ist, im Rahmen einer praxisrelevanten zulässigen Toleranz annähert.The control measures according to the invention therefore essentially consist in both embodiments of the second method in that the duration of the metering pulse Δt1 and the time interval between adjacent metering pulses Δt2 are selected in such a way that at the end of the time interval between adjacent metering pulses Δt2 the time-dependent determined current consumption I (t) for stirring and / or mixing and homogenizing the temporarily present mixed product M * approximates the time-dependent course of a reference current consumption I o (t), which is required for the relevant treatment of the homogenized mixed product M, within the scope of a practically relevant permissible tolerance.

BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGENLIST OF REFERENCE SIGNS OF THE ABBREVIATIONS USED

10001000
MischvorrichtungMixing device
100100
MischbehälterMixing tank
100.1100.1
BehältermantelContainer jacket
100.2100.2
oberer Behälterbodenupper container bottom
100.3100.3
unterer Behälterboden (konisch; kegelförmig)lower container bottom (conical; conical)
100.4100.4
AuslaufstutzenOutlet nozzle
100.5100.5
ZulaufanschlussInlet connection
100.6100.6
RezirkulationsanschlussRecirculation connection
2020th
EinlaufventilInlet valve
3030th
SteuereinrichtungControl device
4040
erster Antriebsmotorfirst drive motor
5050
zweiter Antriebsmotorsecond drive motor
22
VentilgehäuseValve body
2a2a
VentilsitzValve seat
2b2 B
SitzöffnungSeat opening
2c2c
RohranschlussPipe connection
44th
LaternengehäuseLantern housing
66th
AntriebsgehäuseDrive housing
88th
VentilschließgliedValve closing member
8a8a
VentiltellerValve disc
8b8b
VentilstangeValve stem
1010
SitzdichtungSeat seal
1212th
RückstellfederReturn spring
1414th
SteuerkopfgehäuseControl head housing
1616
SignalaufnehmerSignal pickup
1818th
ZuführleitungFeed line
2222nd
SignalleitungSignal line
2424
RühreinrichtungStirring device
2626th
Scher- und Homogenisier-EinrichtungShearing and homogenizing device
2828
ZirkulationsleitungCirculation line
DD.
VorgabedatenDefault data
FF.
Flüssigkeitliquid
IoIo
Anfangswert einer Referenzstromaufnahme (für das homogenisierte Mischprodukt M; I0(t =0) = I0)Initial value of a reference current consumption (for the homogenized mixed product M; I 0 (t = 0) = I 0 )
Io(t)Io (t)
zeitabhängiger Verlauf einer Referenzstromaufnahmetime-dependent course of a reference current consumption
I(t)I (t)
zeitabhängige Stromaufnahme (für das temporär vorliegende Mischprodukt M*)Time-dependent power consumption (for the temporarily present mixed product M *)
I*(t)I * (t)
zeitabhängige nach oben abweichende Stromaufnahmetime-dependent current consumption deviating upwards
I**(t)I ** (t)
zeitabhängige nach unten abweichende Stromaufnahmetime-dependent current consumption deviating downwards
ΔI1ΔI1
zulässige Stromüberschreitungpermissible current excess
ΔI2ΔI2
zulässige Stromunterschreitungpermissible current shortfall
MM.
MischproduktMixed product
M*M *
temporär vorliegendes Mischprodukttemporarily available mixed product
NN
FüllstandsniveauLevel
PP.
pulverförmiger Stoffpowdery substance
SS.
SteuerungsparameterControl parameters
TT
Misch- oder LösungstemperaturMixing or dissolving temperature
VV
Zeitdauer-Zeitabstand-Verhältnis (V = Δt1/Δt2)Duration-time interval ratio (V = Δt1 / Δt2)
VMVM
Volumen des MischproduktsVolume of the mixed product
ρMρM
Dichte des MischproduktsDensity of the mixed product
aa
erster Anteil (unmittelbare Rezirkulation)first part (immediate recirculation)
bb
zweiter Anteil (mittelbare Rezirkulation)second part (indirect recirculation)
cc
Trockenstoff-Konzentration (pulverförmiger Stoff P in der Flüssigkeit F)Dry matter concentration (powdery substance P in the liquid F)
c(t)c (t)
zeitabhängiger Verlauf einer Trockenstoff-KonzentrationTime-dependent course of a dry matter concentration
cEcE
vorgegebener Endwert (des zeitabhängigen Verlaufs)specified end value (of the time-dependent course)
hH
Höhe der FlüssigkeitssäuleHeight of the liquid column
ii
DosierimpulsDosing pulse
kk
Konstante k = m . P t m . F t
Figure imgb0011
constant k = m . P. t m . F. t
Figure imgb0011
k1k1
erste Proportionalitätskonstante k 1 = m . P m F
Figure imgb0012
first constant of proportionality k 1 = m . P. m F.
Figure imgb0012
k2k2
zweite Proportionalitätskonstante k 2 m . P v M
Figure imgb0013
second constant of proportionality k 2 m . P. v M.
Figure imgb0013
mFmF
Menge FlüssigkeitAmount of liquid
ṁFṁF
Mengenstrom FlüssigkeitVolume flow of liquid
ṁF(t)ṁF (t)
zeitabhängiger Mengenstrom Flüssigkeittime-dependent volume flow of liquid
ṁMṁM
Mengenstrom MischproduktVolume flow of mixed product
mPmP
Menge pulverförmiger StoffAmount of powdery substance
ṁPṁP
Mengenstrom pulverförmiger StoffMass flow of powdery substance
ṁP(t)ṁP (t)
zeitabhängiger Mengenstrom pulverförmiger StoffTime-dependent mass flow of powdery substance
n1n1
erste Drehzahlfirst speed
n2n2
zweite Drehzahlsecond speed
pp
Druck oberhalb der FlüssigkeitssäulePressure above the liquid column
tt
Zeit (allgemein) oder Zeitdauer des MischprozessesTime (general) or duration of the mixing process
Δt1Δt1
Zeitdauer des DosierimpulsesDuration of the dosing pulse
Δt2Δt2
Zeitabstand benachbarter DosierimpulseTime interval between adjacent dosing pulses

Claims (14)

  1. A method for controlling the introduction of a pulverulent material (P) into a liquid (F) consisting of at least one component for an inline mixing method,
    • in which the introduction and treatment of the pulverulent material (P) take place under the conditions of a dwell time behavior of a continuously working homogenous reaction tank such that
    o the liquid (F) is continuously fed to a mixing container (100), wherein
    the goal is a specified, temporally unchanging dry material concentration (c) of the pulverulent material (P) in the liquid (F),
    ∘ the liquid (F) and the pulverulent material (P) are constantly stirred and/or mixed to form a mixed product (M) and the mixed product (M) is homogenized, and
    ∘ the mixed product (M) is continuously discharged corresponding to the fed amounts of liquid (F) and pulverulent material (P),
    • in which a formulation of the mixed product (M), at least regarding the specified dry material concentration (c), and the reaction conditions are each specified in the form of default data (D),
    characterized in that
    • the pulverulent material (P) is discontinuously fed to the mixing container (100),
    • the discontinuous feeding of the pulverulent material (P) takes place in a pulsed manner by a chronological sequence of metering pulses (i) which are each characterized by a mass flow of the pulverulent material (ṁP), a duration of the metering pulse (Δt1), and a time interval between neighboring metering pulses (Δt2),
    • the specified dry material concentration (c) is defined by a fixed duration-to-time interval ratio V between the duration of the metering pulse (Δt1) and the associated time interval between neighboring metering pulses (Δt2) (V = Δt1/Δt2 = constant),
    • a time-dependent current consumption (I(t)) is ascertained which is proportional to a stirring and/or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product (M*),
    • a reference current consumption (Io) is used from the default data (D) which is characteristic of the stirring and/or shearing and homogenizing power to be delivered to the homogenized mixed product (M), and
    • at the end of the time interval between neighboring metering pulses (Δt2) and when the time-dependent current consumption (I(t)) deviates from the reference current consumption (Io(t)) by more than a specified tolerance, either higher or lower, and in compliance with the fixed duration-to-time interval ratio (V), the duration of the metering pulse (Δt1) for the following metering pulse (i) is shortened in the first case and extended in the second case.
  2. A method for controlling the introduction of a pulverulent material (P) into a liquid (F) consisting of at least one component for an inline mixing method,
    • in which the introduction and treatment of the pulverulent material (P) take place under the conditions of a dwell time behavior of a continuously working homogenous reaction tank such that
    ∘ in a first phase, liquid (F) is presented in a mixing container (100) and the pulverulent material (P) is discontinuously fed to this liquid (F),
    ∘ the liquid (F) and the pulverulent material (P) are constantly stirred and/or mixed to form a mixed product (M) and the mixed product (M) is homogenized, and
    ∘ in a second phase, the mixed product (M) obtained in the first phase is recirculated via the mixing container (100) and corresponding amounts of pulverulent material (P) continue to be discontinuously fed to the recirculated amount of mixed product (M), and
    ∘ the mixed product (M) is recirculated until a time-dependent progression of a dry material concentration (c(t)) of the pulverulent material (P) in the mixed product (M) has grown to a specified end value (cE),
    • and in which a formulation of the mixed product (M), at least regarding the time-dependent progression of a dry material concentration (c(t)) associated with the specified end value (cE), and the reaction conditions are each specified in the form of default data (D),
    characterized in that
    • the discontinuous feeding of the pulverulent material (P) takes place in a pulsed manner by a chronological sequence of metering pulses (i) which are each characterized by a mass flow of the pulverulent material (ṁP), a duration of the metering pulse (Δt1), and a time interval between neighboring metering pulses (Δt2),
    • the time-dependent progression of a dry material concentration (c(t)) ending in the specified end value (cE) is defined by the sequence of clearly determined metering pulses (i),
    • a time-dependent current consumption (I(t)) is ascertained which is proportional to a stirring and/or shearing and homogenizing power required for a temporarily present mixed product (M*),
    • a time-dependent progression of a reference current consumption (Io(t)) is used from the default data (D) which is characteristic of the stirring and/or shearing and homogenizing power to be delivered to the homogenized mixed product (M) under the conditions of the associated time-dependent progression of a dry material concentration (c(t)), and
    • at the end of the time interval between neighboring metering pulses (Δt2) and when the time-dependent current consumption (I(t)) deviates from the respective associated value in the time-dependent progression of a reference current consumption (Io(t)) by more than a specified tolerance, either higher or lower, the duration of the metering pulse (Δt1) for the following metering pulse (i) is shortened in the first case and extended in the second case.
  3. The method according to claim 2,
    characterized in that
    time-dependent progressions of a dry material concentration (c(t)) without saturation are defined by a fixed duration-to-time interval ratio (V) between the duration of the metering pulse (Δt1) and the associated time interval between neighboring metering pulses (Δt2) (V = Δt1/Δt2 = constant).
  4. The method according to claim 2,
    characterized in that
    time-dependent progressions of a dry material concentration (c(t)) with saturation are defined by a variable duration-to-time interval ratio (V) between the duration of the metering pulse (Δt1) and the associated time interval between neighboring metering pulses (Δt2) (V = Δt1/Δt2), wherein
    • when the time-dependent current consumption (I(t)) deviates from the respective associated value in the time-dependent progression of a reference current consumption Io(t) by more than the specified upper tolerance, the duration-to-time interval ratio (V) is reduced, and
    • when the time-dependent current consumption I(t) deviates from the respective associated value in the time-dependent progression of a reference current consumption Io(t) by more than the specified lower tolerance, the duration-to-time interval ratio (V) is increased.
  5. The method according to one of the preceding claims,
    characterized in that
    the mass flow of the pulverulent material (ṁP) over the duration of the metering pulse (Δt1) is constant.
  6. The method according to one of the preceding claims,
    characterized in that
    the shortening or the extending of the duration of the metering pulse (Δt1) takes place when a current corridor, determined by a permissible current excess (ΔI1) or a permissible current undershoot (ΔI2), respectively, is departed from by a current consumption that deviates upwards (I*(t)) or a current consumption that deviates downwards (l**(t)), wherein the permissible current excess and the permissible current undershoot (ΔI1, ΔI2) are each determined by a percentage of the associated reference current consumption (Io; Io(t)).
  7. The method according to one of the preceding claims,
    characterized in that
    the measure of the shortening or the extending of the duration of the metering pulse (Δt1) is determined depending on the measure of the deviation of the time-dependent current consumption (I(t), I*(t), I**(t)) from the associated reference current consumption (Io; Io(t)).
  8. The method according to one of the preceding claims,
    characterized in that
    the further formulation-dependent default data (D) on which the control of the introduction of the pulverulent material (P) into the at least one liquid (F) is based are obtained and saved from empirical values from earlier mixing processes, wherein these default data (D) are
    • a mass flow of the at least one liquid (ṁF),
    • a mixing or solution temperature (T),
    • a pressure above the liquid column (p),
    • rotational speeds (n1, n2) of apparatuses for stirring and/or mixing and homogenizing, and
    • a permissible current excess (ΔI1) and a permissible current undershoot (ΔI2) dependent on the associated reference current consumption (Io; Io(t)).
  9. The method according to one of the preceding claims,
    characterized in that
    the expedient formulation-dependent control parameters (S) obtained over the course of controlling the introduction of the pulverulent material (P) into the at least one liquid (F), i.e.
    • the duration of the metering pulse (Δt1) and
    • the time interval between neighboring metering pulses (Δt2) are saved and used for following controls of identical formulations.
  10. The method according to claim 2,
    characterized in that
    the recirculated mixed product (M) is divided into a first proportion (a) and into a second proportion (b),
    the first proportion (a) is fed directly to the mixing process, and
    the complementary second proportion (b) is guided via a storage volume and then also fed to the mixing process.
  11. The method according to claim 10,
    characterized in that
    the first proportion (a) is between zero and one hundred percent of the recirculated mixed product (M).
  12. A mixing device for performing the method according to claim 1, with a mixing container (100) that has an intake connection (100.5) for feeding in for a liquid (F), an outlet spigot (100.4) for discharge for a mixed product (M), and a stirring apparatus (24) and/or a shearing and homogenizing apparatus (26), with an inlet valve (20) arranged on the mixing container (100) with a valve closing member (8), with the valve closing member (8) with which the inlet valve (20) can be adjusted either between fully closed (closed position) or fully open (open position), with the inlet valve (20) through which a pulverulent material (P) is introduced into the liquid (F), with a control apparatus (30) associated with the inlet valve (20) with which the valve closing member (8) can be transitioned to the closed or to the open position,
    characterized in that
    • the control apparatus (30) provides formulation-dependent default data (D) and formulation-dependent control parameters (S) in the form of the duration of the metering pulse (Δt1) and the time interval between neighboring metering pulses (Δt2),
    • the control apparatus (30) has at least one sensor (16) designed as a measuring apparatus that detects a time-dependent current consumption (I(t)) of the stirring apparatus (24) and/or the shearing and homogenizing apparatus (26), and
    • the control apparatus (30) controls the closed or the open position of the valve closing member (8) depending on the time-dependent current consumption (I(t)) and in relation to the default data (D) and the control parameters (S).
  13. The mixing device for performing the method according to claim 2 with the features of claim 12,
    characterized in that
    a circulation line (28) is provided, which branches off from a line attached to the outlet spigot (100.4) and discharges directly into the mixing container (100).
  14. The mixing device according to claim 12 or 13,
    characterized in that
    the valve closing member (8) is designed, at least in its region that is in contact with powder, as a cylindrical rod with a constant diameter on which a valve disk (8a) is formed with a constant diameter.
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