DE69910992T2 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen herstellung eines fluids mit automatischer einstellung deren eigenschaften - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen herstellung eines fluids mit automatischer einstellung deren eigenschaften Download PDFInfo
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Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Mischung von zwei oder mehr Fluiden, wie z. B. Lacke, Email-Lacke, und Farben, um ein resultierendes Fluid mit gewünschten, vorbestimmten physikalischen Eigenschaften herzustellen, wie z. B. eine bestimmte Farbe, Deckkraft, Farbtönung, Sättigung, Helligkeit, Dichte und/oder Viskosität.
- Stand der Technik
- Farbherstellungsverfahren haben sich über die Jahre aus der traditionellen Methode der gemeinsamen Dispersion von Pigmenten zu der Verwendung von colorimetrischen Prozessen entwickelt, bei welchem es Dispersion von jedem der Pigmente einzeln gibt, um einen Satz an konzentrierten Pigmenten (Konzentraten) und Basismischungen zu bilden, welche zum Zeitpunkt der Herstellung der Farbe zusammengemischt werden, um eine bestimmte Farbe zu ergeben. Solche colorimetrischen Verfahren können in zwei Kategorien eingeteilt werden, die mit Anpassung und die ohne Anpassung.
- In Farbherstellungsverfahren mit Anpassung werden die Konzentrate mit Harzen und Lösungsmitteln gemischt oder optional mit festgelegten Basismischungen, und die Eigenschaften der resultierenden Mischung werden gemessen. Falls die gemessenen Eigenschaften von der benötigten Spezifikation abweichen, wird eine Anpassung gemacht durch Hinzufügen von Inhaltsstoffen, welche diese Abweichung korrigieren können.
- Farbherstellungsverfahren mit Anpassung werden in Fabriken zur Herstellung von mittleren oder großen Mengen von Farben verwendet. Das Mischen wird in großen Behältern durchgeführt, und das Endprodukt wird nur in den endgültigen Behälter gebracht, nach der Bestätigung, dass seine Eigenschaften innerhalb der spezifizierten Grenzen sind.
- In Farbherstellungsverfahren ohne Anpassung wird die Basismischung und Konzentrate direkt in den endgültigen Behälter zugeführt, anschließend wird die Mischung homogenisiert, und die Farbe ist bereit zur Verwendung. In einem solchen Herstellungsverfahren gibt es keine Möglichkeit der Überprüfung und Anpassungen des Endprodukts, und aus diesem Grund müssen die Basismischung und Konzentrate rigoros spezifizierte Eigenschaften besitzen, und Dosierung der Basismischung und Konzentrate muss sorgfältig gesteuert werden, damit das Endprodukt die erforderlichen Spezifikationen füllt.
- Farbherstellungsverfahren ohne Anpassung werden verwendet, wenn die Farbe am Verkaufsort hergestellt werden soll, zum Liefern relativ kleiner Mengen von Farbe mit einem großen Bereich von Farben und Tönungen. Derartige Verfahren können auch in der Fabrik zur Herstellung kleiner Chargen von Farbe verwendet werden.
- Im Verfahren ohne Anpassung ist es erforderlich, dass die Basismischungen und Konzentrate innerhalb enger Grenzen der Variation an Farbe, Deckkraft bzw. Deckfähigkeit, Viskosität und Dichte produziert werden. Das Problem derartiger Verfahren ist, dass es sehr schwierig ist, die Konzentrate und Basismischungen innerhalb solcher engen Schwankungsgrenzen herzustellen, was nur möglich ist mit strengen Kontrollen und Anpassung, wodurch das Verfahren teuer und langsam wird.
- Das Erfordernis solcher strikter Standards der Kontrolle und das Erfordernis der Anpassung bedeutet, dass das Herstellungsverfahren der Basismischungen und Konzentrate langwierig und teuer ist.
- Die normalen Methoden des Kontrollierens und Anpassens der Basismischungen und Konzentrate einer jeder Farbstoffcharge bestehen aus Herstellen des Konzentrats bzw. der Basismischung durch Verdünnen mit Standard-Basismi schungen, Anbringen einer Farbschicht auf ein Substrat, dann Trocknen der Farbschicht, gefolgt von der Analyse der Farbe, Deckfähigkeit und Deckkraft (im Fall der Basismischungen) der getrockneten Farbschicht unter Verwendung von visuellen oder vorzugsweise spektrofotometrischen Reflektionsmethoden. Falls die Farbe in irgendeiner ihrer Eigenschaften von dem, was benötigt ist, abweicht, werden weitere Inhaltsstoffe gemischt, um die Abweichung auszugleichen. Sobald diese weiteren Inhaltsstoffe zugefügt wurden, wird das resultierende Konzentrat oder die Basismischung wieder analysiert, und falls sie immer noch außerhalb der Schwankungstoleranzen irgendeiner der Farbeigenschaften liegt, wird ein weiterer Zyklus der Kompensation und Analyse begonnen. Ein derartiges Verfahren ist normalerweise sehr langwierig, wobei es Tage braucht, bis die Farbcharge innerhalb der spezifizierten Toleranzgrenze ist.
- Davon abgesehen, dass sie langwierig sind, neigen die traditionellen Methoden auch dazu, sehr verschwenderisch mit der Farbe zu sein, da jede Testcharge, die nicht die notwendigen Erfordernisse für Farbe, Deckfähigkeit oder Deckkraft erfüllt, verworfen wird, ohne die Farbe wiederzuverwenden. Das kann extrem teuer werden, wenn eine große Anzahl von Anpassungen gemacht werden muss, bevor die Farbe innerhalb der benötigten Spezifikationen anlangt.
- Anstrengungen, um derartige Probleme zu lösen, wurden gemacht, insbesondere
US 4 403 866 beschreibt eine Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Herstellung einer Farbe mit Farbwerten einer Standardfarbe, in welcher (welchem) Farbkomponenten in einen Mischer geführt werden, wo sie gemischt werden und die resultierende Kombination spektrofotometrisch analysiert wird, um festzustellen, ob sie innerhalb eines gewünschten Farbwerts liegt. Falls die Farbe (der Farbstoff) nicht die gewünschte Farbe hat, wird das Verhältnis von Farbkomponenten, welches dem Mischer zugeführt wird, angepasst, bis die Farbe (der Farbstoff) die erforderliche Farbe hat. Farbmischung, die analysiert wurde und nicht die Erfordernisse erfüllt, wird kontinuierlich in den Mischer zurückgeführt, um keine Farbe zu verschwenden. Weil jedoch die analysierte Farbe direkt in den Mischer zurückgepumpt wird, kann das gewünschte Verhältnis der Komponenten nicht exakt bestimmt werden. - Es gibt daher Bedarf an einem Verfahren, in welchem sowohl Konzentrate als auch Basen analysiert werden können und ihre Komponentenverhältnisse schnell und einfach korrigiert werden können, und bei welchem Farbe, welche nicht die spezifizierten Erfordernisse erfüllt, durch das System wiederverwendet werden kann, ohne die vorbestimmten Komponentenverhältnisse nachteilig zu beeinflussen.
- Um die Farbherstellungskosten auf ein Minimum zu reduzieren, muss ein derartiges Verfahren automatisch, mit dem Minimum an menschlichem Eingreifen, sein und den Apparat zu verwenden, der in der Lage ist, Eigenschaften der Konzentrate und Basismischungen zu messen, die Inhaltsstoffe und deren Mengen, die benötigt sind, um jegliche Schwankungen der erforderlichen physikalischen Eigenschaften des Konzentrats oder der Base zu korrigieren, zu bestimmen, automatisch die korrekte Menge an Inhaltsstoffen, die notwendig ist, um die Korrektur auszuführen, zuzuführen, und muss in der Lage s ein, zu gewährleisten, dass das Endprodukt Eigenschaften hat, die innerhalb der spezifizierten Grenzen der Farbe liegen.
- Ziel der Erfindung
- Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Fluiden, z. B. Farben, Email-Lacke und Farbstoffe, mit automatischer Anpassung der physikalischen Eigenschaften des Fluids bereitzustellen und Wiederverwendung jeglichen Fluids, das nicht die benötigten physikalischen Eigenschaften hat, um die o. g. Probleme im Stand der Technik zu lösen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Apparat zur kontinuierlichen Herstellung eines Fluids mit automatischer Anpassung seiner physikalischen Eigenschaften gemäß Anspruch 1 definiert.
- Bevorzugt weist die Vorrichtung zusätzlich eine Fluid-Verdünnungseinrichtung auf, welche zwischen dem Auslass der Vermischungseinrichtung und dem Einlass der Detektoreinrichtung verbunden ist, zur gesteuerten Verdünnung des Fluids vor der Detektion seiner physikalischen Eigenschaften.
- Vorzugsweise weist die Fluidverdünnungseinrichtung eine weitere Vermischungseinrichtung auf.
- Besonders bevorzugt ist die Detektoreinrichtung ausgelegt, die Transmission elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid zu messen, und das Signal, welches die physikalische Eigenschaft repräsentiert, wird durch Messen der Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid erhalten.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Fluids mit automatischer Anpassung seiner physikalischen Eigenschaften gemäß Anspruch 6 definiert.
- Vorzugsweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Verdünnens des gemischten Fluids auf, bevor es zur Detektoreinrichtung geliefert wird.
- Vorzugsweise weist der Schritt des Verdünnens des vermischten Fluids das Transportieren zu einer weiteren Vermischungseinrichtung auf.
- Insbesondere bevorzugt weist der Schritt des Detektierens einer physikalischen Eigenschaft des Fluids das Messen der Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid auf.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die vorliegende Erfindung wird nun in größerem Detail in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben:
-
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Fluids mit automatischer Anpassung seiner Eigenschaften, gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Fluidliefereinrichtung zum Liefern einer spezifizierten Menge einer Komponente des Fluids; und -
3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Fluidanalyseeinrichtung zum Messen der charakteristischen Eigenschaften des Fluids und einer Systemsteuereinrichtung zur Steuerung der Vorrichtung. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- In Bezug auf
1 der Zeichnungen umfasst eine Vorrichtung für die kontinuierliche Herstellung eines Fluids gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Fluidliefereinrichtung1 , welche mit einer Vermischungseinrichtung2 zum Vermischen der Komponenten des Fluids verbunden ist, wobei die Vermischungseinrichtung2 mit einer Fluidanalyseeinrichtung !!3 zum Detektieren und Analysieren einer spezifizierten physikalischen Eigenschaft des Fluids verbunden ist, wie z. B. seine Farbe, Deckkraft, Farbtönung, Sättigung, Helligkeit, Dichte, Viskosität und/oder Temperatur. Die Fluidanalyseeinrichtung3 ist detailliert in der Patentanmeldung PCT/BR96/00046 beschrieben. Die Fluidliefereinrichtung1 , Vermischungseinrichtung2 und Fluidanalyseeinrichtung3 sind mit einer Systemsteuerungseinrichtung4 zur Steuerung der Funktionen der Einrichtungen1 ,2 und3 verbunden. - Die Fluidliefereinrichtung
1 umfasst Fluidaufbewahrungsbehälter101 ,102 ,103 ,104 und105 , die zum Aufbewahren der verschiedenen Komponenten des herzustellenden Fluids verwendet werden. Falls das herzustellende Fluid eine Farbe ist, ist der Aufbewahrungsbehälter101 üblicherweise ein großer Behälter, der zum Aufbewahren einer großen Menge von entweder einem Konzentrat oder einer Basismischung verwendet wird, dessen (bzw. deren) charakteristische physikalische Eigenschaften gemessen und angepasst werden sollen, sollten sie nicht dem vorher bestimmten Standard entsprechen. Der Aufbewahrungsbehälter101 ist mit einem Fluidrührer106 ausgestattet, um zu gewährleisten, dass das Fluid homogenisiert ist, und ist mit einem Ventil107 zur Steuerung des Auslasses des Fluids zur Vermischungseinrichtung2 verbunden. Eine Pumpe108 ist mit dem Ventil107 verbunden und wird verwendet, um das Fluid zur Vermischungseinrichtung2 bei einer Strömungsrate zu pumpen, welche abhängig von den spezifischen Erfordernissen im Bereich von 1 bis 100 I/min verändert werden kann. Die Pumpe108 ist mit einem Strömungsratenmesser110 verbunden, welcher die Strömungsrate des durch die Pumpe gepumpten Fluids108 aus dem Aufbewahrungsbehälter101 misst. Die Steuerungseinrichtung4 steuert den Betrieb der Pumpe109 abhängig von der durch den Strömungsratenmesser110 gemessenen Strömungsrate, um zu gewährleisten, dass die Strömungsrate des Fluids zur Vermischungseinrichtung2 konstant ist. - Es wird nun auf
2 Bezug genommen. Jede der Fluidaufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 ,105 bis n ist mit einer Dosierungseinrichtung112 verbunden. Die Dosierungseinrichtung112 ist mit der Steuereinrichtung4 verbunden, so dass eine bestimmte Menge jeder Fluidkomponente, deren Hinzufügen für die Anpassung des Fluids erforderlich ist, an die Vermischungseinrichtung2 geliefert werden kann. - Jede Dosierungseinrichtung
112 umfasst eine Pumpe113 , welche an einem entsprechenden Aufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 oder105 verbunden ist. Die Pumpe113 ist mit dem Steuerungsventil114 und über einen ersten Druckwandler115 mit einem Filter116 verbunden. Das Filter116 wird verwendet, um feste Partikel aus dem Fluid zu filtern und ist über einen zweiten Druckwandler117 mit einem Satz von Pumpen118 verbunden, welche drei Dosierungspumpen119 ,120 und121 umfassen, die parallel miteinander verbunden sind. Während des Betriebs kann der Filter116 mit Feststoffpartikeln gesättigt werden, und um zu wissen, wann dies der Fall ist, wird der Druckunterschied zwischen den Druckwandlern115 und117 in Echtzeit berechnet. Die Dosierungspumpen119 ,120 und121 sind Pumpen mit positiver Verdrängung, wobei jede einen anderen Betriebsbereich hat, z. B. 0 bis 80 ml/min, 0 bis 2500 ml/min und 0 bis 10.000 ml/min. Der Satz an Pumpen118 ist über einen dritten Druckwandler122 mit einem Ventil123 mit zwei Auslässen verbunden, wobei einer mit der Vermischungseinrichtung2 verbunden ist und der andere mit dem Steuerungsventil114 verbunden ist. Das Ventil123 ermöglicht das Leiten von Fluid entweder in die Vermischungseinrichtung2 , wobei der Wandler122 Information über den Einspritzdruck in die Vermischungseinrichtung2 bereitstellt, oder das Fluid zu seinem entsprechenden Aufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 oder105 zurückgeführt wird, um Sedimentierung des Fluids in den verbindenden Leitungen zu vermeiden, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Das Steuerungsventil114 ist mit dem Fluideinlass124 der Vorratsbehälter102 ,103 ,104 oder105 verbunden und wird verwendet, um die Versorgung der Dosierungspumpen119 ,120 und121 mit Fluid zu gewährleisten, wenn das Fluid in die Vermischungseinrichtung eingespritzt wird. Das Steuerungsventil114 wird automatisch durch den Druckwandler117 gesteuert. - Beim Betrieb erhält die Dosierungseinrichtung
112 ein Steuerungssignal von der Steuereinrichtung4 , um eine spezifizierte Menge des im Aufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 oder105 aufbewahrten Fluids zur Vermischungseinrichtung2 zu liefern. Erst wird Fluid von Aufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 oder105 durch die Pumpe113 gepumpt und über das Kontrollventil114 zum Fluideinlass124 des Aufbewahrungsbehälters102 ,103 ,104 oder105 zurückgeführt, bis sich der Fluiddruck bei 3 kg/cm2 stabilisiert. Der Druck wird durch das gesteuerte Öffnen des Steuerungsventils114 reguliert und wird durch einen ersten Druckwandler115 gemessen. Sobald sich der Druck bei 3 kg/cm2 stabilisiert hat, wird eine der Dosierungspumpen119 ,120 oder121 aktiviert abhängig von der erforderlichen Dosierung von Fluid, das an die Vermischungseinrichtung2 geliefert werden soll, und das Ventil123 wird geöffnet, damit Fluid in einem geschlossenen Kreislauf zurück zum Fluideinlass124 fließen kann. Die Dosierungspumpe119 ,120 oder121 wird gesteuert, um den Druck des im geschlossenen Kreislauf fließenden Fluids zu variieren, bis der Druck, welcher durch den dritten Druckwandler122 gemessen wird, einen Druck von 1 kg/cm2 über dem Druck in der Vermischungseinrichtung2 erreicht. Wenn dieser Druck erreicht ist, wird das Ventil123 umgeschaltet, damit Fluid zu der Vermischungseinrichtung2 strömen kann. Der Dosierungsanteil ist abhängig von der Geschwindigkeit jeder der drei Dosierungspumpen119 ,120 oder121 , welche gesteuert werden durch Ansteuerungen mit nicht-variabler Frequenz. - Es wird auf
3 der Zeichnungen Bezug genommen. Eine Fluidanalyseeinrichtung3 umfasst eine optische Einheit5 zum Bereitstellen einer Quelle elektromagnetischer Strahlung für eine Detektoreinheit6 und zum Messen davon ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung. Sowohl die optische Einheit5 als auch die Detektoreinheit6 sind mit einer Steuereinheit4 verbunden, welche zur Datenerfassung und Steuerung der Funktionen der Einheiten5 und6 wie auch zur Steuerung der Einheiten1 und2 verwendet wird. - Die optische Einheit
5 umfasst eine Lichtquelle509 mit drei Ausgängen502 ,503 und504 zum Ausstrahlen elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Ausgänge502 und503 sind mit den Eingängen505 und506 von dem Faserkabel507 bzw.508 eines Standardspektrometers501 . Die Quelle509 umfasst eine Halogenglühlampe oder Xenonblitzlampe, welche einen Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm ausstrahlt, wobei die Versorgung der Lampen elektronisch stabilisiert ist, und die Lampen selber in Bezug auf ihre Leistung überwacht werden, so dass sie ausgetauscht werden, sobald sie unterhalb der Spezifikation sind. - Der Ausgang
504 nimmt ebenfalls Licht von einer Quelle509 auf, welche durch ein Faserkabel (nicht gezeigt) zu einem Eingang510 (Referenzkanal des Spektrometers501 ) geleitet wird. Der Ausgang504 dient als Referenz für die Messung der von der Detektoreinheit6 erhaltenen Spektren. - Die Optische Einheit
5 ist ebenfalls mit einem Eingang511 ausgestattet, welcher mit einem Faserkabel512 verbunden ist, welches Licht von der Detektoreinheit6 zu einem Detektor (nicht gezeigt) führt. - Die Detektoreinheit
6 weist eine Fluidmesszelle601 auf, welche einen mit der Vermischungseinrichtung2 verbundenen Fluideinlass602 und einem ebenfalls mit der Vermischungseinrichtung2 verbundenen Fluidauslass503 hat. Licht von der optischen Einheit5 wird über die Faserkabel507 und508 zu den Ein gängen604 und605 zur Transmissions- bzw. Reflektionsanalyse des Fluids in der Messzelle601 geleitet. Der Input604 wirkt auch als Output für Licht, welches durch das Fluid transmittiert oder von dem Fluid reflektiert wird, und ist mit dem Faserkabel512 verbunden. - Es wird Bezug genommen auf die
1 und3 . Die Vermischungseinrichtung2 umfasst einen ersten Vermischer201 mit einem Flügelrad201a , einem zweiten Mischer mit einem Flügelrad202a und einer Fluidzwischenspeicher-Einrichtung203 . Der erste Mischer201 hat Fluideinlässe204 , welche mit der Dosierungsvorrichtung112 jeder der Fluidaufbewahrungsbehälter101 ,102 ,103 ,104 und105 verbunden ist, und hat zwei Fluidauslässe205 , wobei einer mit einem Ventil206 und der andere über einen Strömungsratenmesser207 mit einem ersten Fluideinlass des zweiten Mischer202 verbunden ist. - Das Ventil
206 ist über einen Druckwandler209 und einen Strömungsratenmesser210 mit einem Systemauslassventil211 verbunden, welches wiederum mit einer Fluid-Rückführungsleitung212 und einem Systemauslass213 verbunden ist. - Der zweite Mischer
202 hat einen Fluidauslass214 , welcher mit dem Einlass602 der Fluidmesszelle601 der Detektoreinheit6 verbunden ist, und einen zweiten Fluideinlass215 , welcher über einen Fluidströmungsmesser216 mit einem Ventil217 verbunden ist. Das Ventil217 ist mit der Dosierungsvorrichtung112 eines jeden der Aufbewahrungsbehälter104 und105 verbunden. - Die Fluidzwischenspeicher-Einrichtung umfasst einen Behälter zur vorübergehenden Aufbewahrung
203a und eine Dosierungspumpe220 . Der Behälter zur vorübergehenden Aufbewahrung203a hat eine Kapazität von ca. 5 l und hat einen Fluideinlass218 , welcher mit dem Auslass603 der Fluidmesszelle601 verbunden ist, und einen Fluidauslass219 , welcher mit der Dosierungspumpe220 verbunden ist. Die Pumpe220 ist mit dem Fluideinlass204 eines ersten Mischers201 verbunden und wird aktiviert, abhängig vom Signal eines Flüssigkeitniveauwandlers (nicht gezeigt), welcher im Aufbewahrungsbehälter203a vorgesehen ist, so, dass sie kontinuierlich Fluid wieder einspritzt, welches von der Fluidanalyseeinheit3 gemessen und analysiert wurde, wobei dieses gemessene Fluid in den ersten Mischer201 zurückgeführt wird. - Das gesamte System wird durch eine Steuerungseinheit
4 gesteuert, welche einen programmierbaren Mikroprozessor401 aufweist, der mit einem Mikrocomputer402 zur Bedienung durch Personal desselben verbunden ist. Der Mikrocomputer402 ist mit Analyse- und Überwachungssoftware zur Analyse und Anzeige der verschiedenen Parameter des Systems für bedienendes Personal ausgestattet. Der Mikroprozessor401 empfängt und verarbeitet sowohl analoge als auch digitale Informationen, welche durch die verschiedenen Systemeinheiten1 ,2 und3 geliefert wird, und reagiert automatisch auf diese Signale. Der Mikroprozessor401 aktiviert die Pumpe113 und den Satz an Pumpen118 der Dosierungsvorrichtung112 , steuert den Druck des Fluids in der Dosierungseinrichtung112 und das Fluidniveau in den Aufbewahrungsbehältern101 ,102 ,103 ,104 und105 . Der Mikroprozessor401 steuert ebenfalls den Betrieb der Vermischungseinheit2 , inclusive der Drucksteuerung, Temperatursteuerung, Drehung der Impeller201a und202a etc. und empfängt Signale von der optischen Einheit5 und der Detektoreinheit6 der Fluidanalyseeinheit3 . - Der Mikrocomputer
402 empfängt analoge Signale vom Mikroprozessor401 , welche Daten in Bezug auf die Intensität des Lichts enthalten, welches durch das Fluid hindurch geht oder von demselben reflektiert wird, und wandelt diese Signale in digitale Daten um, welche die Transmissions- oder Reflektionskurve der Flüssigkeit in Abhängigkeit der Wellenlänge des Lichts darstellen. Diese Daten werden an eine Colorimeter-Software gesendet, ebenfalls im Mikrocomputer402 vorgesehen, welche diese Kurven verarbeitet und mit Standardtransmissions- oder Reflektionskurven vergleicht, welche in einer Datenbank enthalten sind. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird an Überwachungssoftware geschickt, welche ein grafisches Interface zur Darstellung von Daten mit Bezug auf jede Komponente der Vorrichtung (Einheiten1 ,2 und2 ) für bedienendes Personal hat. Die Überwachungssoftware weist eine Datenbank auf, welche Formeln für die Fluidprodukte enthält, welche die Vorrichtung produzieren kann. - Es wird Bezug genommen auf die
1 bis3 der bevorzugten Ausführungsform. Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens für die kontinuierliche Herstellung eines Fluids mit automatischer Anpassung seiner physikalischen Eigenschaften weist die folgenden Schritte auf:
Zunächst wählt die Bedienungsperson unter Verwendung von Mikrocomputer402 das Fluidprodukt, das produziert werden soll, aus der Liste von verfügbaren Produkten aus der Datenbank der Überwachungssoftware. Die Datenbank enthält die Formel für das Produkt, welche die Anteile jeder der Fluidkomponenten angibt. Sobald die Bedienungsperson die Überwachungssoftware anweist, dass ein bestimmtes Produkt benötigt wird, schickt der Mikroprozessor401 ein Signal an die Fluidliefereinrichtung1 , welches die Pumpe108 aktiviert, um Fluid, das analysiert und angepasst werden soll, mit einer Rate von 10 I/min zu pumpen. Gleichzeitig sendet der Mikroprozessor Signale an die Dosierungsvorrichtung112 der Aufbewahrungsbehälter102 ,103 ,104 und105 , um die korrekten Anteile der Fluidkomponenten bereitzustellen, abhängig von der im Mikrocomputer402 gespeicherten Formel für das flüssige Produkt. Die Dosierungseinrichtung arbeitet, wie bereits beschrieben, zunächst, um einen nicht angepassten Anteil jeder der benötigten Komponenten des Fluids zur Vermischungseinrichtung2 zu liefern, wobei der nicht angepasste Anteil der Komponenten durch die in der Datenbank gespeicherte, idealisierte Formel gegeben wird. - Die Vermischungseinrichtung
2 erhält ein Signal von Mikroprozessor401 zum Betrieb eines ersten Mischers201 durch Rotieren eines Fluidflügelrads201a , um das Fluid zu homogenisieren, welches aus dem Fluidauslass205 austritt. Zunächst ist das Ventil206 eingestellt, um eine Probe des gemischten Fluids bei einer Strömungsrate von 0,1 I/min zu einem zweiten Mischer202 strömen zu lassen. Die Strömungsrate der Probe wird durch den Strömungsmesser207 gemessen und wird verwendet, um die Öffnung des Ventils206 über den Mikroprozessor401 zu steuern, um eine festgelegte Strömungsrate des Probenfluids zu dem zweiten Mischer202 zu erhalten. - Zur gleichen Zeit, während die Fluidprobe zum Mischer
202 geliefert wird, wird die Dosierungseinrichtung112 von einem oder beiden der Aufbewahrungsbe hälter104 und/oder 105 aktiviert, um eine Fluidverdünnungskomponente bei einer Strömungsrate von beispielsweise 0,9 I/min bereitzustellen, um eine Verdünnung von 900% zu erzeugen. Die Strömungsrate des Verdünnungsfluids wird durch den Strömungsmesser216 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das verwendet wird, um die Umdrehungen pro Minute der Messpumpen104a ,104b und105a ,105b der Aufbewahrungsbehälter104 bzw. 105 über den Mikroprozessor401 zu steuern, um eine festgelegte Strömungsrate des Strömungsfluids zu dem zweiten Mischer202 zu erhalten. Die Verdünnung der Probe ist nur notwendig, wenn die Sensitivität der Detektoreinrichtung6 erhöht werden muss, um ein Transmissionsspektrum zu erzeugen. Das wäre der Fall, wenn das herzustellende Fluid ein Farbkonzentrat mit einer hohen Sättigung ist. - Die Fluidprobe (vedünnt oder unverdünnt) strömt durch die Fluidmesszelle
601 , wo sie analysiert wird, wobei die Ergebnisse der Analyse vom Mikroprozessor401 verwendet werden, um die Strömung jeder der Komponenten des Fluids von der Dosierungseinrichtung112 zu erhöhen oder zu verringern. Die Verzögerungszeit zwischen dem Durchführen einer Anpassung des Anteils jeder der Fluidkomponenten und Empfangen der Ergebnisse der Spektralanalyse des resultierenden Fluids ist als 25,5 s berechnet. Daher sollte die Analyse des Fluids alle 30 s oder weniger ausgeführt werden. - Die Fluidanalyseeinrichtung
3 wird kontinuierlich mit einer Probe des zu analysierenden Fluids aus dem zweiten Mischer202 versorgt. Nach dem Austreten aus der Fluidanalyseeinheit3 wird das Fluid zu einem Behälter203a für die vorübergehende Aufbewahrung der Fluidzwischenspeicher-Einrichtung203 geleitet, von welcher es von einer Pumpe220 bei einer gesteuerten Strömungsrate in den ersten Mischer201 gepumpt wird. Sobald die Pumpe220 aktiviert ist, wird die Strömungsrate des Verdünnungsfluids, welches von den Aufbewahrungsbehältern104 und/oder105 durch die entsprechende Fluidliefereinrichtung112 an den ersten Mischer201 geliefert wird, proportional verringert, um das Hinzufügen von Verdünnungsfluid vom Zwischenspeicher203 zu kompensieren. Die Strömungsrate der verdünnten Probenflüssigkeit vom Zwischenspeicher203 zum Mischer201 wird gesteuert, so dass der Zwischen speicher203 leer ist, wenn die benötigten Anpassungen des Fluids gemacht sind, so dass es die benötigten Eigenschaften aufweist. - Während die durch den Mischer
202 gemischte und die Fluidanalyseeinrichtung6 analysierte Fluidprobe nicht mit dem benötigten Fluidprodukt übereinstimmt, wird der Rest des aus dem Mischer201 austretendne Fluids über ein Systemauslassventil211 durch eine Fluidwiederverwendungsleitung212 zu einem Fluidaufbewahrungsbehälter101 geleitet. Sobald die Fluidprobe mit dem benötigten Produkt übereinstimmt, wird das Ventil211 auf die Auslassposition bewegt, damit das gesamte Fluid, das vom ersten Mischer201 strömt, zum Systemauslass213 strömen kann. - Das Messen des Fluids kann in Intervallen während der Produktion einer Charge des Fluids durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass es die benötigten Eigenschaften hat.
- Sobald eine bestimmte Charge von Fluid hergestellt wurde, wird die Vorrichtung automatisch gereinigt durch Einspritzen von Lösungsmittel in das System bei einem Druck von 7 kg/cm2 zusammen mit einer Stickstoff/Luftmischung.
Claims (9)
- Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Fluids mit automatischer Anpassung seiner physikalischen Eigenschaften, aufweisend: – eine Aufbewahrungseinrichtung (
101 ) zum Aufbewahren einer ersten Komponente des Fluids; – mindestens eine weitere Aufbewahrungseinrichtung (102 ,103 ,104 ,105 , n) zum Aufbewahren mindestens einer weiteren Komponente des Fluids; – eine Vermischungseinrichtung (201 ) zum Vermischen der ersten Komponente und der mindestens einen weiteren Komponente des Fluids, wobei die Vermischungseinrichtung (201 ) ausgestattet ist mit einem Fluideinlass (201 ,204 ) und einem Fluidauslass (205 ); – eine Fluidliefereinrichtung (107 ,108 ,110 ,112 ,104a ,104b ,105a ,105b ), welche in Verbindung ist zwischen den Aufbewahrungseinrichtungen (101 ,102 bis n,104 ,105 ) und dem Einlass (204 ) der Vermischungseinrichtung (201 ), um einen bestimmten Anteil jeder der Komponenten des Fluids zur Vermischungseinrichtung (201 ) zu liefern; – eine Detektoreinrichtung (3 ) zum Detektieren einer physikalischen Eigenschaft des Fluids, wobei die Detektoreinrichtung (3 ) in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen, welches die physikalische Eigenschaft repräsentiert, wobei die Detektoreinrichtung einen Fluideinlass (602 ) hat, der verbunden ist mit dem Fluidauslass (205 ) der Vermischungseinrichtung (201 ); – eine Steuerungseinrichtung (4 ), welche ausgelegt ist, das Signal, das die physikalische Eigenschaft repräsentiert, zu empfangen, wobei die Steuerungseinrichtung (4 ) in der Lage ist, die detektierte physikalische Eigenschaft mit einer gewünschten physikalischen Eigenschaft des Fluids zu vergleichen und ein Fluidlieferungs-Steuersignal zu erzeugen, welches abhängig ist von dem Vergleich zwischen der detektierten physikalischen Eigenschaft und der gewünschten physikalischen Eigenschaft, wobei die Fluidliefereinrichtung (107 ,108 ,110 ,112 ,104a ,104b ,105a ,105b ) auf das Fluidlieferungs-Steuersignal reagiert, um den Anteil der Komponenten des Fluids, der zur Vermischungseinrichtung geliefert wird (201 ), zu variieren; und – eine Fluidwiederverwendungs-Einrichtung (203 ,220 ), welche in Verbindung steht zwischen dem Fluidauslass (603 ) der Detektoreinrichtung (3 ) und dem Einlass (204 ) der Vermischungseinrichtung (201 ), damit Fluid zur Vermischungseinrichtung (201 ) zurückgeführt werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiederverwendungs-Einrichtung (203 ,220 ) ausgelegt ist, den Fluidinhalt der Vermischungseinrichtung zu einer Zwischenspeicher-Einrichtung (203 ) zur vorübergehenden Speicherung zu transportieren, während die detektierte physikalische Eigenschaft des Fluids von der gewünschten physikalischen Eigenschaft abweicht, und dass die Steuerungseinrichtung (4 ) ausgelegt ist, um ein Zwischenspeicher-Steuersignal zu erzeugen, auf welches die Zwischenspeicher-Einrichtung (203 ) reagiert, zur gesteuerten Lieferung des Fluids von der Zwischenspeicher-Einrichtung zur Vermischungseinrichtung (201 ), sobald die detektierte physikalische Eigenschaft der gewünschten physikalischen Eigenschaft im wesentlichen gleicht. - Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufweisen weiterer Fluidwiederverwendungs-Einrichtungen (
212 ,101 ,108 ), welche verbunden sind zwischen dem Fluidauslass (205 ) und dem Fluideinlass (204 ) der Vermischungseinrichtung (201 ), so dass ein Teil des Fluidinhalts der Vermischungseinrichtung zu der Fluidwiederverwendungs-Einrichtung (203 ,220 ) geleitet werden kann und der Rest zu den weiteren Fluidwiederverwendungs-Einrichtungen, wobei die weiteren Fluidwiederverwendungs-Einrichtungen ausgelegt sind, um den Rest des Fluidinhalts der Vermischungseinrichtung zu einer weiteren Zwischenspeicher-Einrichtung (101 ) zur vorläufigen Speicherung zu transportieren, während die detektierte physikalische Eigenschaft des Fluids von der gewünschten physikalischen Eigenschaft abweicht, wobei die Steuerungseinrichtung (4 ) ausgelegt ist, ein weiteres Zwischenspeicher-Steuersignal zu erzeugen, worauf die weitere Zwischenspeicher-Einrichtung reagiert, zur gesteuerten Lieferung des Fluids von der zusätzlichen Zwischenspeicher-Einrichtung zu der Vermischungseinrichtung (201 ), sobald die detektierte physikalische Eigenschaft der gewünschten physikalischen Eigenschaft im wesentlichen gleicht. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zusätzliches Aufweisen einer Fluidverdünnungseinrichtung (
104 ,105 ,202 ), welche verbunden ist zwischen dem Auslaß (205 ) der Vermischungseinrichtung (201 ) und dem Einlass (602 ) der Detektoreinrichtung (3 ), zur gesteuerten Verdünnung des Fluids vor der Detektion seiner physikalischen Eigenschaft. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverdünnungseinrichtung (
104 ,105 ,202 ) eine weitere Vermischungseinrichtung (202 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung (
3 ) ausgelegt ist, die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid zu messen, und dass das Signal, welches die physikalische Eigenschaft repräsentiert, erhalten wird durch Messen der Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid. - Verfahren für die kontinuierliche Herstellung eines Fluids mit automatischer Einstellung seiner physikalischen Eigenschaften, aufweisend die Schritte: (i) Liefern einer ersten Komponente des Fluids an die Vermischungseinrichtung (
201 ); (ii) Liefern mindestens einer weiteren Komponente des Fluids an die Vermischungseinrichtung (201 ), wobei jede der Komponenten des Fluids in einem bestimmten Anteil geliefert wird; (iii) Vermischen der Komponenten des Fluids; (iv) Transportieren des gemischten Fluids zu einer Detektoreinrichtung (3 ); (v) Detektieren einer physikalischen Eigenschaft des Fluids zur Erzeugung eines Signals, welches die physikalische Eigenschaft repräsentiert; (vi) Empfangen des Signals, welches die detektierte physikalische Eigenschaft repräsentiert, und Vergleichen der detektierten physikalischen Eigenschaft des Fluids mit einer gewünschten physikalischen Eigenschaft davon zum Erzeugen eines Fluidlieferungs-Steuersignals, welches abhängig ist von dem Vergleich zwischen der detektierten physikalischen Eigenschaft und der gewünschten physikalischen Eigenschaft; (vii) Variieren des bestimmten Anteils der Komponente des Fluids, welches zu der Vermischungseinrichtung geliefert wird, in Abhängigkeit des Fluidlieferungs-Steuersignals; und (viii) Wiederverwenden des vermischten Fluids, das zur Detektoreinrichtung transportiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wiederverwendens des vermischten Fluids, das zur Detektoreinrichtung transportiert wird, die Schritte aufweist: – Transportieren des Fluidinhalts der Vermischungseinrichtung (201 ) zu einer Zwischenspeicher-Einrichtung (203 ) zur vorläufigen Speicherung, während die detektierte physikalische Eigenschaft des Fluids von der gewünschten physikalischen Eigenschaft abweicht, und – Steuerung der Lieferung des Fluids von der Zwischenspeicher-Einrichtung (203 ) zur Vermischungseinrichtung (201 ), sobald die detektierte physikalische Eigenschaft der gewünschten physikalischen Eigenschaft im wesentlichen gleicht. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem aufweist den Schritt des Verdünnens des Fluids, bevor es zur Detektoreinrichtung geliefert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verdünnens des vermischten Fluids das Transportieren des vermischten Fluids zu einer weiteren Vermischungseinrichtung (
202 ) aufweist. - Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens einer physikalischen Eigenschaft des Fluids das Messen der Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch das Fluid aufweist.
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