Vorrichtung zur Online-Analyse von Schlämmen und Suspensionen

Beschreibung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Online-Analyse von Schlämmen und Suspensionen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen technischen Bereichen werden Schlämme und Suspensionen verarbeitet. Beispielsweise wird bei der Papierherstellung der Zellstoff in wässriger Suspension dem Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt. Es gibt zahlreiche ande- re Bereiche, bei denen Suspensionen be- oder verarbeitet werden, beispielsweise in der kohleverarbeitenden Industrie oder in der Erzaufbreitung.

Häufig ist es notwendig, Informationen über die genaue Zusammensetzung des Feststoffanteils des Schlammes oder der Suspension zu erhalten. Beispielsweise sind Einrichtungen bekannt, mit der in einem automatischen Verfahren dem Hauptstrom der Suspension oder des Schlammes (im folgenden: Suspension) eine Probe entnommen und einer Analyseeinrichtung zugeführt wird. Eine solche Einrichtung hat den großen Vorteil, dass sie, wenn auch mit gewissem zeitlichen Versatz, online arbeitet, so dass eine kontinuierliche überwachung durchgeführt werden kann.

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrich- tung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Zusammensetzung und Eigenschaften des Trägermediums der Suspension - in nahezu allen Fällen ist dies schlicht Wasser - ändert sich über die Zeit nicht. Es ändert sich allenfalls die Konzentration des Feststoffes bezüglich der Trägerflüssigkeit, was jedoch häufig separat gemessen wird. Führt man also die Suspension unverändert einer Meßeinrichtung zu, so misst man stets die Flüssigkeit mit, ohne hierdurch relevante Informationen zu erhalten. Andererseits kann der Flüssig- keitsanteil bestimmte Arten von Messungen erschweren, insbesondere wenn Röntgenfluoreszenz-Analysen durchgeführt werden sollen, da die Trägerflüssigkeit (zumeist Wasser) eine hohe Absorption für Röntgenquanten im Niederenergiebereich hat.

Erfindungsgemäß ist deshalb zwischen Zufuhr-Einrichtung und Messeinrichtung eine Trocknungseinrichtung vorgesehen. Diese kann rein mechanisch, rein thermisch oder vorzugsweise mechanisch und thermisch arbeiten, wobei weiter vorzugsweise die thermische Trocknung der mechanischen nachgeordnet ist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung kann und soll vollständig online und auch vollautomatisch arbeiten. Sie ist insbesondere zu einer permanenten überwachung mit kurzen Zeitintervallen geeignet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen sowie aus den nun mit Bezug auf die Figuren näher dargestellten Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigen:

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 Ein Schema der Arbeitsstationen einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Entnahmeeinrichtung,

Figur 3 das in Figur 2 Gezeigte in einem Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 2,

Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer schematischen Darstellung, Figuren 5-10 die Arbeitsweise der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung,

Figur 11 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer der Figur 4 entsprechenden Darstellung, und Figur 12 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die Figur 1 zeigt in einem Ablaufdiagramm die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Einem Suspensions-Hauptstrom H wird zunächst eine Probe entnommen. Diese wird erste eine mechanischen Trocknungsvorrichtung M, dann einer thermischen Trocknungsvorrichtung T, anschließend einer Meßstation S und abschließend einem Behälter B zugeführt. Im Regelfall wird anstelle des Auffangbehälters eine Rückführung in den Hauptstrom durchgeführt.

Die Probenentnahme kann beispielsweise geschehen, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt. In ein Hauptrohr 10 ragt ein Entnahmerohr 12, dessen offenes Ende gegen die Strömungsrichtung der im Hauptrohr fließenden Suspension weist. Mittels eines Sperrschiebers 14 kann das Entnahmerohr verschlossen werden. Ein Auslass des Entnahmerohres endet an der Vorrichtung zur Online-Analyse und bildet die Zufuhr-Einrichtung. Die Entnahme kann natürlich auch mit Hilfe einer Pumpe erfolgen.

Die Figur 4 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es ist ein Band vorgesehen, welches sich von einem ersten zu einem zweiten Ende erstreckt, und welches die zu untersuchende Probe vom ersten zum zweiten Ende transportiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist dieses Band ein Filterband, vorzugsweise aus Papier, welches nur einmal verwendet wird, wobei es von einer ersten Rolle 22 abgerollt und auf eine zweite Rolle 24

aufgerollt wird. Solche Papier-Filterbänder sind beispielsweise zum Filtern von Kühl- und Schmiermitteln bei stationären Bohrmaschinen und dergleichen bekannt. Das Papierband 20 überstreicht mehrere Arbeitsstationen und ist durchgehend von Tischen abgestützt. Die einzelnen Arbeitsstationen und die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren 5 bis 10 näher erläutert:

Vom Auslaß 16 des Entnahmerohres 12, welches die Zufuhr-Einrichtung bildet, wird eine Probenmenge von zu untersuchendem Schlamm oder zu untersuchen- der Suspension auf das erste Ende 20a des Papierbandes 20 aufgegeben (Fig. 5). Die zweite Rolle 24 wird nun angetrieben, so dass die Probe in Richtung R bewegt wird, wobei erster Pflug 26 die Höhe der Probe begrenzt.

Die Probe kommt nun, wie in Figur 6 dargestellt, an einer ersten Arbeitsstation zum Stehen, bei welcher sich unterhalb des Papierbandes 20 ein Saugkasten 30 mit einem Vakuumpumpen-Anschluss 32 befindet. Das Papierband 20 wird hier angehalten und die angeschlossene und hier nicht dargestellte Vakuumpumpe aktiviert, so dass im Saugkasten 30 ein Unterdruck entsteht, welcher durch Löcher 30a in der Saugkastenoberfläche und durch das Papierband 20 auf die Pro- be wirkt, so dass ihr auf mechanische Art und Weise Flüssigkeit - in der Regel Wasser - entzogen wird. Diese Arbeitsstation ist also eine mechanische Trocknungsvorrichtung.

Nach Abschluss der Vakuumabsaugung ist das Volumen der Probe verkleinert (Figur 7) und die zweite Rolle 24 wird angetrieben, bis die Probe an der nächsten Arbeitsstation ankommt (Figur 8), welche eine thermische Trocknungsvorrichtung ist. Diese weist einen Infrarotstrahler 36 und weiterhin ein Reflexions-Meßgerät 38 auf, mit dessen Hilfe man den Oberflächenglanz der Probe und damit ihren Feuchtigkeitsgrad bestimmen kann. Man kann hier auch Feuchtemeßgeräte, die z.B. auf kapazitiver, Mikrowellen oder Infrarotbasis beruhen, einsetzen. Die Probe wird durch den Infrarotstrahler 36 bestrahlt und so weiter getrocknet, was mit einer weiteren Volumenverkleinerung einhergeht. Wird durch das Reflexions- Messgerät 38 eine hinreichende Trocknung festgestellt, so wird die zweite Rolle

24 erneut angetrieben und die Probe zur nächsten Arbeitsstation, nämlich der Meßstation transportiert, wobei sie zuvor von einem zweiten Pflug 40 eingeebnet wird, Figur 9.

Die Meßstation besteht hier aus einer Anordnung zur energiedispersiven Rönt- genfluoreszenzanalyse, nämlich einer Röntgenröhre 40 und einem Röntgenfluo- reszenz-Detektor 44. Aufgrund der Tatsache, dass die Probe nur noch wenig Flüssigkeit - meist Wasser - enthält, ist die Selbstabsorption von emittierter Röntgenfluoreszenzstrahlung deutlich geringer als bei einer ungetrockneten Pro- be. Es sind an dieser Stelle alternativ oder zusätzlich andere Meßeinrichtungen einsetzbar.

Nach der Messung wird die Probe weitertransportiert und fällt in einen Auffangbehälter 46, Figur 10.

Im eben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dient ein Einweg-Papierband zum Transport der Probe zwischen Probenzuführung und Messstation. Dies hat den Vorteil, dass die Messung nicht durch eine Kontamination des Bandes durch die zuvor gemessenen Proben verfälscht wird. Es ist gegebenenfalls lediglich dafür zu sorgen, dass erster und zweiter Pflug nach jedem Probendurchgang gereinigt werden. Dies ist durch einen automatischen Abstreifer leicht zu erreichen, da die Pflüge mit einer sehr glatten Oberfläche beispielsweise aus Teflon gefertigt sein können.

Wie das zweite, in Figur 11 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt, ist es jedoch auch möglich, ein endloses Band, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus Gewebe einzusetzen. Das Band ist als Saugband 50 ausgestaltet, es weist also Poren auf, so dass der im Saugkasten 30 herrschende Unterdruck auf die Probe wirken kann. Um eine Kontamination von Proben durch Vorgängerproben zu ver- meiden, wird das Saugband beim Rücklauf gereinigt, wozu es durch ein Reinigungsbad 54 läuft oder abgebraust wird.

Die Figur 12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, welches ohne Vakuum- Einrichtung arbeitet. Die mechanische Trocknungsvorrichtung arbeitet hier nach Art einer Presse mit einer oberen und einer unteren Walze 60,62, wobei zumindest die obere Walze 60 angetrieben ist. Auch hier ist das eingsetzte Band vor- zugsweise porös ausgebildet. Die beiden Walzen 60,62 entwässern die Probe nicht nur, sie sorgen auch für eine gleichmäßige Höhe der mechanisch getrockneten Probe. In analoger Weise kann auch eine Filterpresse oder eine Siebbandpresse eingesetzt werden.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils eine mechanische Trocknungsvorrichtung und eine nachgeordnete thermische Trocknungsvorrichtung vorgesehen. Dies ist in der Regel auch zu bevorzugen, da hiermit erreicht wird, dass die Probe in kurzer Zeit hinreichend getrocknet werden können. In speziellen Fällen kann es jedoch auch ausreichend sein, nur eine mechanische oder nur eine thermische Trocknungsvorrichtung vorzusehen.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden ferner die einzelnen Arbeitsschritte bei stehendem Produkt durchgeführt. In der Praxis wird man vorzugsweise versuchen, die einzelnen Aggregate so zu dimensionieren, daß das Filterband kontinuierlich durchläuft.

Bezugszeichenliste

10 Hauptrohr

12 Entnahmerohr

14 Sperrschieber

16 Auslass

20 Papierband

22 erste Rolle

24 zweite Rolle

26 erster Pflug

30 δaugkasten

32 Vakuumpumpenanschluss

36 Infrarotstrahler

38 Reflexions-Messgerät / Feuchtemeßgerät

40 zweiter Pflug

42 Röntgenröhre

44 Röntgenfluoreszenz-Detektor

46 Auffangbehälter

50 Saugband

52 Förderband-Rolle

54 Reinigungsbad

60 obere Walze

62 untere Walze