DE3726227A1 - Vorrichtung zum ergebnisabhaengigen steuern einer filterzentrifuge - Google Patents
Vorrichtung zum ergebnisabhaengigen steuern einer filterzentrifugeInfo
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- B04B11/043—Load indication with or without control arrangements
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern einer
Filterzentrifuge gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Filterzentrifuge dieser Art ist aus der DE-OS 25 25 232 bekannt,
bei der die Schichthöhe des Zentrifugeninhalts mittels eines Fühlerarms
abgegriffen wird. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß
keine Aussagen über die jeweilige Beschaffenheit des Zentrifugeninhalts
erzielt werden können. Es ist somit nicht festzustellen, ob die Ober
fläche der in der rotierenden Siebtrommel befindlichen Schicht aus
Suspension, Waschflüssigkeit oder Feststoffen besteht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher, in der Schaffung einer Vorrich
tung, mit der zu jedem Betriebszeitpunkt der Filterzentrifuge die
jeweilige Beschaffenheit der Oberfläche des Zentrifugeninhalts bestimmt
werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angezeigten Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, daß eine Suspension
andere physikalische Eigenschaften aufweist als beispielsweise ein
Feststoffkuchen oder Waschflüssigkeit.
Ein besonders vorteilhafter Weg zur Feststellung der Beschaffenheit und
zur verzögerungsfreien Feststellung einer Beschaffenheitsänderung der
Oberfläche des Zentrifugeninhalts ergibt sich durch einen aus einem
Thermoelement bestehenden Meßfühler, der mit dem Fühlerarm mit der
Oberfläche in Kontakt gebracht wird. Da jedem Stoff bestimmte Reibungs
werte und dementsprechend bestimmte Reibungswärmewerte zuzuordnen sind,
geben die vom Thermoelement erzeugten Meßwerte jederzeit eine präzise
Aussage über die Beschaffenheit des Zentrifugeninhalts.
Ein weiterer vorteilhafter Meßfühler zur Ermittlung der physikalischen
Eigenschaften der Zentrifugenfüllung besteht aus einem Sensor zur
Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit.
Die von einem oder mehreren Meßfühlern erzeugten Meßsignale werden somit
nach Maßgabe mindestens eines solchen physikalischen Parameters der
Füllungsoberfläche variiert, welcher für Flüssigkeiten, Suspensionen und
Feststoffe jeweils unterschiedliche Werte zeigt, wobei neben der Unter
scheidung zwischen den vorgenannten Medien auch für jedes Medium selbst
charakteristische Kennwerte erzielt werden können, die beispielsweise
bei einer Suspension eine genaue Beurteilung der jeweiligen Temperatur
und der Feststoffkonzentration erlauben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mit min
destens einem Meßfühler ausgestattete Fühlerarm mit einer Meßeinrichtung
zur Ermittlung der radialen Position der Füllungsoberfläche versehen.
Zweckmäßigerweise besteht diese Meßeinrichtung aus einem Drehwinkel
geber, der mit dem aus einem die Füllungsoberfläche kontaktierenden
Fühler und einer Fühlerwelle bestehenden Fühlerarm gekoppelt ist.
Mit der Kombination der vom Meßfühler und der vom Drehwinkelgeber
zeitgleich erhaltenen Werte über die Beschaffenheit und die Schichthöhe
der Zentrifugenfüllung kann die Fest-Flüssig-Trennung in Filterzentrifu
gen für jedes gewünschte Betriebsergebnis optimiert werden.
Für eine derartige, auf ein bestimmtes Betriebsergebnis optimierte
Steuerung einer Filterzentrifuge ist es von entscheidender Bedeutung,
daß der Zeitpunkt, in dem die Suspensionsflüssigkeit in den bereits
abfiltrierten Feststoffkuchen eindringt bzw. in dem die Oberfläche der
Suspensionsflüssigkeit im Feststoffkuchen verschwindet, exakt bestimmbar
ist. Dieser mit Eintauchpunkt (F E ) bezeichnete Zeitpunkt macht sich
bei einem erfindungsgemäß aus einem Thermoelement bestehenden Meßfühler
in einem besonders deutlichen Temperatursprung bemerkbar, da im Ver
gleich zur Suspensionflüssigkeit beim Reibungskontakt mit der Feststoff
kuchen-Oberfläche eine wesentlich höhere Reibungswärme erzeugt wird.
Da jeweils zeitgleich bzw. zeitkorrelierend mit dem Zeitpunkt des
Eintauchpunktes (F E ) ein die Höhe (h k ) des abfiltrierten Feststoff
kuchens bestimmendes Meßsignal vorliegt, lassen sich in Verbindung mit
einem Rechner trotz eventueller Schwankungen in der aufgegebenen Suspen
sion oder Änderungen der Füll-, Filtrations-, Wasch- und Schälbedingun
gen optimale Ergebnisse hinsichtlich einer gewünschten Restfeuchte bei
optimalen Zykluszeiten für das Befüllen der Zentrifuge, das Waschen der
Zentrifugenfüllung und das Trockenschleudern des Feststoffkuchens nach
Erreichen des Eintauchpunktes (F E ) erzielen.
Darüberhinaus kann im Chargenbetrieb der Zentrifuge zu jedem Zeitpunkt
die Durchsatzleistung und die Restfeuchte des Feststoffkuchens abgerufen
werden.
In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand der Zeichnung ein Anwen
dungs- und Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Teilbereich einer mit
einem Fühlerarm ausgestatteten Filterzentrifuge im Schnitt,
Fig. 2 die Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 den Fühlerarm gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 die Querschnittsdarstellung des Fühlerarms gemäß der Schnitt
linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 ein den Temperaturverlauf beim Erreichen des Eintauchpunktes
(F E ) repräsentierendes Diagramm.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Siebtrommel 1 deren Trommelinnenraum 2
von einer geschlossenen Trommelwand 3, einem Bordring 4 mit Bordkante 5
und einem Siebmantel 6 umgrenzt wird. Die Siebtrommel 1 rotiert um die
Zentrifugenachse 7 und ist von einem Gehäuse 8 umgeben, das mit einem
Gehäusedeckel 9 verschlossen ist. Im Gehäusedeckel 9 ist mittels eines
Flansches 10 eine Meßeinrichtung 11 befestigt, die einen in den Trommel
innenraum 2 ragenden Fühlerarm 12 und einen außerhalb des Zentrifugenge
häuses gelegenen Drehwinkelgeber 13 trägt.
Der Fühlerarm 12 besteht aus einem Fühler 14 und einer Fühlerwelle 15.
Am freien Ende des Fühlers 14 befindet sich die Kontaktfläche 16 in der
einer oder mehrere Meßfühler angeordnet sind, die ein die physikalischen
Beschaffenheitswerte der Zentrifugenfüllung repräsentierendes Meßsig
nal α erzeugen.
Vom Drehwinkelgeber 13 wird ein die Stellung der Kontaktfläche 16 bzw.
ein die Schichtdicke der Zentrifugenfüllung repräsentierendes Meßsignal
β erzeugt.
Die Zentrifugenfüllung besteht aus einer Feststoffschicht bzw. einem
Feststoffkuchen 17, dessen Schichtdicke (Kuchenhöhe) mit h k bezeichnet
ist. Die Feststoffschicht wird von einer Flüssigkeitsschicht 18 überla
gert, die aus Waschflüssigkeit oder aus Filtratflüssigkeit bestehen
kann.
Der Fühlerarm 12 ist in Richtung der Pfeile 19 verschwenkbar. Zur
Messung wird der Fühlerarm 12 mit geringer Kraft auf die Füllungsober
fläche 20 gedrückt, so daß die Kontaktfläche 16 stets in Berührung mit
der Füllungsoberfläche 20 bleibt. Der Fühler 14 ist in Bezug auf die
Trommeldrehrichtung (Pfeil 21) in geschleppter Stellung angeordnet. Die
Achse 22 der Fühlerwelle 15 liegt parallel zur Zentrifugenachse 7.
Die Schnittdarstellung der Meßeinrichtung 11 nach Fig. 3 zeigt den
Fühler 14, in dessen Kontaktfläche 16 ein Thermoelement 23 angeordnet
ist. Der Fühler 14 ist gemäß Fig. 4 im Querschnitt nach Art einer
Messerschneide gestaltet, wobei die der Schneidkante entsprechende
Vorderkante 24 des Fühlers 14 entgegen der Drehrichtung (Pfeil 21) der
Siebtrommel 1 gerichtet ist. Diese Ausgestaltung und Anordnung des
Kontaktbereiches des Fühlers 14 hat den Vorteil, daß der Berührungskon
takt mit der Füllungsoberfläche 20 zum einen sichere Meßergebnisse
liefert und zum anderen weitestgehend spritzfrei erfolgen kann.
Der Fühler 14 ist mit der Fühlerwelle 15 über einen Stecker 25 lösbar
verbunden, der sowohl mechanische als auch elektrische Kopplungsein
richtungen aufweist. Die Fühlerwelle 15 ist schwenkbar gelagert und
führt die elektrische Siganalleitung des Thermoelementes 23 nach außen.
Mit der Fühlerwelle 15 ist ferner der Drehwinkelgeber 13 verbunden. Die
Signalleitungen für das vom Thermoelement 23 erzeugte Meßsignal α und
das vom Drehwinkelgeber 13 erzeugte Meßsignal β sind an einen Rechner
angeschlossen, der nach Maßgabe eingespeicherter Kennlinien Ausgangssig
nale für eine optimale Zentrifugensteuerung liefert.
Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt den vom Thermoelement 23
angezeigten Temperaturverlauf, bei verschiedenen Schwenkstellungen des
Fühlerarms 12. Mit T a ist die Temperatur bei frei in den Zentrifugen
raum geschwenktem Fühlerarm, mit T b die Temperatur bei Kontakt des
Fühlerarms mit der Oberfläche 20 Flüssigkeitsschicht 18 und mit T c die
Temperatur bezeichnet, die sich einstellt, wenn die Flüssigkeit aus der
Flüssigkeitsschicht 18 in den Feststoffkuchen eingetaucht ist.
Die Punkte F l E und F E kennzeichnen dabei exakt den Zeitpunkt, wenn
der Temperaturfühler mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt kommt und
wenn die Flüssigkeit in den Feststoffkuchen eintaucht, wobei durch den
Drehwinkelgeber zu jedem Zeitpunkt jeweils ein genauer Wert über die
jeweilige Schichthöhe der Zentrifugenfüllung vorliegt.
Im nachfolgenden wird in Gegenüberstellung zum Stand der Technik der
chargenweise Betrieb einer Filterzentrifuge erläutert, der im wesent
lichen durch die Verfahrensschritte
- - Füllen der Siebtrommel mit Suspension
- - Waschen mit Waschflüssigkeit
- - Trockenschleudern des Feststoffkuchens und
- - Schälen des Feststoffkuchens mittels einer Schälvorrichtung (nicht dargestellt)
gekennzeichnet ist.
Nach dem Füllen der Siebtrommel mit Suspension baut sich ein Filter
kuchen bzw. ein Feststoffkuchen auf, durch den die Suspensionsflüssigkeit
hindurchfiltriert, wobei der Zeitpunkt F E , zu dem die Suspensionsflüs
sigkeit durch die Oberfläche des Filterkuchens verschwindet, exakt
angezeigt wird.
Dieser Zeitpunkt ist mit den bisher bekannten Verfahren zur Bestimmung
des Eintauchpunktes F E überhaupt nicht oder nur in sehr unzureichendem
Maße zu ermitteln, da aufgrund des starken Suspensions-Sprühnebels im
Trommelinnenraum herkömmliche Meßmethoden oder die Beobachtungsmethode
durch eine Bedienungsperson meist versagen.
Die Filterzentrifugen werden daher überwiegend nach fest vorgegebenen
Zeiten gesteuert. Dies kann zu folgenden Nachteilen führen:
- 1. Die Schleuderzeit ist zu lang. Neben dem Nachteil, daß unnötige Betriebszeit aufzuwenden ist, besteht die Gefahr, daß Luft in den Filterkuchen eindringt, wodurch sich ein schlechter Wascheffekt ergibt.
- 2. Die Schleuderzeit ist zu kurz. Hierbei erfolgt noch eine Vermischung von Mutterlauge mit Waschmedium, wodurch ebenfalls ein schlechter Wascheffekt in Kauf zu nehmen ist.
Nach der vorliegenden Erfindung hingegen ermöglicht sich eine variable,
selbst einstellbare Zykluszeit mit präzisem Endzeitpunkt (im hier
gegebenen Fall der Eintauchpunkt F E ), worauf nachfolgende Schritte mit
gleichgeartet präzisem Zeitablauf nachgeschaltet werden können. Danach
können sich bei Einstellen des Eintauchpunktes F E in mehrmaliger
Abfolge weitere Füllvorgänge mit Suspension anschließen bis der Filter
kuchen in Bezug auf die Bordkante 5 eine Schichtdicke erreicht hat, bei
der noch genügend Raum für die Beaufschlagung des Feststoffkuchens mit
Waschmedium in einem oder mehreren Zyklen gegeben ist.
Aufgrund der Tatsache, daß die Filtrationsgeschwindigkeit und das
Volumen des Feststoffkuchens gemessen werden kann, ist man darüberhinaus
in die Lage versetzt, in Verbindung mit einem Rechner jederzeit die
Durchsatzmengen von Suspensionsflüssigkeit, Waschmedium und die verblei
bende oder mit der Schälvorrichtung auszutragende Feststoffmenge zu
bestimmen. Desgleichen ist jederzeit eine Abfrage der Restfeuchte des
Feststoffes möglich.
Nach Bestimmung des Eintauchpunktes F E nach dem letzten Waschvorgang
schließt sich das Trockenschleudern an, bei dem das noch im Feststoff
kuchen vorhandene Waschmedium entfernt wird. Diese Phase war bisher
Bestandteil einer fest vorgegebenen Zykluszeit ohne Berücksichtigung der
durch unterschiedliche Filtrier- und Waschzeiten gegebenen Schwankungen.
Nach der präzisen Erfassung der Filtrierzeit wird die Zeit zum Trocken
schleudern vom Rechner nach Maßgabe von Kennlinien bestimmt, in denen
empirisch erfaßte Einflußgrößen berücksichtigt sind. Eine derartige
Einflußgröße kann in den von Charge zu Charge sich verändernden Fil
triereigenschaften der sogenannten Grundschicht gegeben sein, die nach
jedem, dem Trockenschleudern nachgeschalteten Schälvorgang auf der
Siebfläche verbleibt und die sich zunehmend verdichtet, somit immer
undurchlässiger wird und eine dementsprechend immer länger dauernde
Trockenschleuderzeit erfordert.
Abgesehen von den vom Rechner über die Kennlinien erzeugten Steuerungs
größen ermöglicht die Erfindung variable und sich selbst einstellende
Zykluszeiten, womit eine Zentrifuge mit geringem Aufwand auf jedes
gewünschte Betriebsergebnis, wie z.B. geringe Restfeuchte, hohe Fil
trationsgeschwindigkeit, geringe Trockenschleuderzeit und dergleichen
optimiert werden kann.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum ergebnisabhängigen steuern einer Filterzentrifuge
nach Maßgabe eines Meßsignals, das von einem mit der Füllungsoberfläche
des Zentrifugeninhalts in Kontakt schwenkbaren Fühlerarm erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerarm (12) an seiner Kontaktfläche
(16) mindestens einen, einen oder mehrere physikalische Beschaffenheits
werte ( ) der Füllungsoberfläche (20) des Zentrifugeninhalts ermitteln
den Meßfühler trägt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Meßfühler ein Temperaturmeßfühler ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Temperaturmeßfühler ein Thermoelement (23) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Meßfühler ein Sensor zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Fühlerarm (12) mit einer die radiale Position der
Kontaktfläche (16) auf der Füllungsoberfläche (20), bzw. die Schicht
dicke des Zentrifugeninhalts anzeigenden Meßeinrichtung gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Fühlerarm (12) aus einem senkrecht zur Zentrifugen
achse (7) angeordneten Fühler (14) und einer parallel zur Zentrifugen
achse (7) im Zentrifugengehäuse (8) drehbar gelagerten Fühlerwelle (15)
besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Fühler (14) mit der Fühlerwelle (15) mittels einer lösbaren Steckerver
bindung (25) gekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fühlerwelle (15) mit einem Drehwinkelgeber (13),
beispielsweise einem Drehpotentiometer gekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fühlerwelle (15) mit einem Stellantrieb gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Fühlerarm (12) zumindest im Bereich seiner Kontakt
fläche (16) im Querschnitt nach Art einer Messerschneide gestaltet ist,
wobei die der Schneide entsprechende Vorderkante (24) des Fühlers (14)
entgegen der Zentrifugendrehrichtung (Pfeil 21) gerichtet ist.
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