Vorrichtung zum ergebnisabhängigen Steuern einer Filterzentrifuge

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit der mittels eines die Füllungsoberfläche einer Siebzentrifuge kontaktierenden Fühlerarms die Schichtdicke der Zentrifugenfüllung ermittelt werden kann. Um in der Lage zu sein, zu jedem Betriebszeitpunkt der Siebzentrifuge die jewei­lige Beschaffenheit der Oberfläche des Zentrifugeninhalts bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, an der Kontaktfläche des Fühlerarms einen physikalische Beschaffenheitswerte ermittelnden Meßfühler anzuordnen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Filterzentrifuge gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Eine Filterzentrigue 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 Oberfläche der in der rotierenden Siebtrommel befindlichen Schicht aus Suspension, Waschflüssigkeit oder Feststoffen besteht.

[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher, in der Schaffung einer Vorrich­tung, mit der zu jedem Betriebszeitpunkt der Filterzentrifuge die jeweilige Beschaffenheit der Oberfläche des Zentrifugeninhalts bestimmt werden kann.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angezeigten Maßnahmen gelöst. Dei Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, daß eine Suspension andere physikalische Eigenschaften aufweist als beispielsweise ein Feststoffkuchen oder Waschflüssigkeit.

[0005] 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 Reibungs­werte und dementsprechend bestimmte Reibungswärmewerte zuzuordnen sind, geben die vom Thermoelement erzeugten Meßwerte jederzeit eine präzise Aussage über die Beschaffenheit des Zentrifugeninhalts.

[0006] Ein weiterer vorteilhafter Meßfühler zur Ermittlung der physikalischen Eigenschaften der Zentrifugenfüllung besteht aus einem Sensor zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit.

[0007] 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 Unter­scheidung 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.

[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mit min­destens einem Meßfühler ausgestattete Fühlerarm mit einer Meßeinrichtung zur Ermittlung der radialen Position der Füllungsoberfläche versehen. Zweckmäßigerweise besteht diese Meßeinrichtung aus einem Drehwinkel­geber, der mit dem aus einem die Füllungsoberfläche kontaktierenden Fühler und einer Fühlerwelle bestehenden Fühlerarm gekoppelt ist.

[0009] 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 Filterzentrifu­gen für jedes gewünschte Betriebsergebnis optimiert werden.

[0010] 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 Ver­gleich zur Suspensionflüssigkeit beim Reibungskontakt mit der Feststoff­kuchen-Oberfläche eine wesentlich höher Reibungswärme erzeugt wird.

[0011] Da jeweils zeitgleich bzw. zeitkorrelierend mit dem Zeitpunkt des Eintauchpunktes (F_E) ein die Höhe (h_k) des abfiltrierten Feststoff­kuchens bestimmendes Meßsignal vorliegt, lassen sich in Verbindung mit einem Rechner trotz eventueller Schwankungen in der aufgegebenen Suspen­sion oder Änderungen der Füll-, Filtrations-, Wasch- und Schälbedingun­gen 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.

[0012] Darüberhinaus kann im Chargenbetrieb der Zentrifuge zu jedem Zeitpunkt die Durchsatzleistung und die Restfeuchte des Feststoffkuchens abgerufen werden.

[0013] In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand der Zeichnung ein Anwen­dungs- 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 Schnitt­linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 ein den Temperaturverlauf beim Erreichen des Eintauchpunktes (F_E) repräsentierendes Diagramm.

[0014] Die Figuren 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 Trommel­innenraum 2 ragenden Fühlerarm 12 und einen außerhalb des Zentrifugenge­häuses gelegenen Drehwinkelgeber 13 trägt.

[0015] 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 Meßsig­nal erzeugen.

[0016] Von Drehwinkelgeber 13 wird ein die Stellung der Kontaktfläche 16 bzw. ein die Schichtdicke der Zentrifugenfüllung repräsentierendes Meßsignal β erzeugt.

[0017] 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 überla­gert, die aus Waschflüssigkeit oder aus Filtratflüssigkeit bestehen kann.

[0018] Der Fühlerarm 12 ist in Richtung der Pfeile 19 verschwenkbar. Zur Messung wird der Fühlerarm 12 mit geringer Kraft auf die Füllungsober­fläche 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.

[0019] 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 Berührungskon­takt mit der Füllungsoberfläche 20 zum einen sichere Meßergebnisse liefert und zum anderen weitestgehend spritzfrei erfolgen kann.

[0020] Der Fühler 14 ist mit der Fühlerwelle 15 über einen Stecker 25 lösbar verbunden, der sowohl mechanische als auch elektrische Kopplungsein­richtungen 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 und das vom Drehwinkelgeber 13 erzeugte Meßsignal β sind an einen Rechner angeschlossen, der nach Maßgabe eingespeicherter Kennlinien Ausgangssig­nale für eine optimale Zentrifugensteuerung liefert.

[0021] 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 Zentrifugen­raum 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.

[0022] Die Punkte F1_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.

[0023] Im nachfolgenden wird in Gegenüberstellung zum Stand der Technik der chargenweise Betrieb einer Filterzentrifuge erläutert, der im wesent­lichen 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.

[0024] Nach dem Füllen der Siebtrommel mit Suspension baut sich ein Filter­kuchen bzw. ein Feststoffkuchen auf, durch den die Suspensionflüssigkeit hindurchfiltriert, wobei der Zeitpunkt F_E, zu dem die Suspensionsflüs­sigkeit durch die Oberfläche des Filterkuchens verschwindet, exakt angezeigt wird.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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 Filter­kuchen 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.

[0028] 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 verblei­bende oder mit der Schälvorrichtung auszutragende Feststoffmenge zu bestimmen. Desgleichen ist jederzeit eine Abfrage der Restfeuchte des Feststoffes möglich.

[0029] Nach Bestimmung des Eintauchpunktes F_E nach dem letzten Waschvorgang schließt sich das Trockenschleudern an, bei dem das noch im Feststoff­kuchen vorhandene Waschmedium entfernt wird. Diese Phase war bisher Bestandteil einer fest vorgegebenen Zykluszeit ohne Berücksichtigung der durch unterschiedliche Filtrier- und Waschzeiten gegebenen Schwankungen.

[0030] Nach der Präzisen Erfassung der Filtrierzeit wird die Zeit zum Trocken­schleudern 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 Fil­triereigenschaften 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.

[0031] Abgesehen von den vom Rechner über die Kennlinien erzeugten Steuerungs­größen 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 Fil­trationsgeschwindigkeit, geringe Trockenschleuderzeit und dergleichen optimiert werden kann.

Ansprüche

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 Beschaffenheits­werte ( ) der Füllungsoberfläche (20) des Zentrifugeninhalts ermitteln­den 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 gekenn­zeichnet, daß der Fühlerarm (12) mit einer die radiale Position der Kontaktfläche (16) auf der Füllungsoberfläche (20), bzw. die Schicht­dicke des Zentrifugeninhalts anzeigenden Meßeinrichtung gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Fühlerarm (12) aus einem senkrecht zur Zentrifugen­achse (7) angeordneten Fühler (14) und einer parallel zur Zentrifugen­achse (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 Steckerver­bindung (25) gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Fühlerwelle (15) mit einem Drehwinkelgeber (13), beispielsweise einem Drehpotentiometer gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Fühlerwelle (15) mit einem Stellantrieb gekoppelt ist.

10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Fühlerarm (12) zumindest im Bereich seiner Kontakt­fläche (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.

Zeichnung