|
Kontinuierliche Lösungsherstellung
von Dipl. Ing. Doll
Ich möchte über Untersuchungen und Versuche berichten, die sich auf die reine Verfahrenstechnik wie auch
auf die Arbeitskosten bzw. den erzielbaren Rationalisierungserfolg erstrecken. Mit Bericht vom 16.12.57 wurden
diese Arbeiten veröffentlicht.
Ich will hier über den verfahrenstechnischen Teil sprechen und das Ergebnis, Verschiedene diskutierte Möglichkeiten
sollen nur erwähnt werden.
Das alte Verfahren wird als bekannt vorausgesetzt.
Für ein kontinuirliches Verfahren besteht die Aufgabe 4 (5) Agenzien:
|
|
Linters mit 50 ...60 % H2O
bas. Kupfersulfat ca. 9 ...16 % H2O
30%iges, auf -18 °C gekühltes NH3-Wasser
Einsatzwasser 0 ...+2 °C
und NaOH |
gemäß dem Ansatzrezept im richtigen Verhältnis zueinander zu dosieren und so zu vermischne, daß
in einer möglichst kleinen Volumeneinheit des Gemenges alle agenzien im vorgeschriebenen Verhältnis zueinander
anwesend sind.
-
Die Genauigkeitsforderung an die Anlage wurde mit +/- 0,5 % genannt.
Der Lösungsansatz im Prinzip:
Die Lösungskomponenten fallen an:
|
Bild 1
|
Linters: 3-schichtig, kontinuierlich (während 24 Stunden)
bas. Kupfersulfat: 3-schichtig, kontinuierlich (während 24 Stunden)
Einsatz- u. NH3-Wasser werden in der kontinuierlichen Kälteanlage (während 24 Stunden) gekühlt und in Vorratskessel
gepumpt. (Ebenso NaOH im Vorratskessel), (jetzt 2-schicht. Ansatz)
Für eine genaue Dosierung ist die Auswahl der entsprechenden Meßeinrichtungen entscheidend. Die nachfolgenden
Regeleinrichtungen könnten bei entspr. Aufwand mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden.
Ob die NaOH, die Aktivierlauge, sofort oder evtl. erst später wie z. Z. zugegeben wird, bedarf noch der endgültigen
Klärung. Diese Frage soll darum hier ausgeklammert werden.
Grundsätzlich ist eine der vier Ansatzkomponenten als Führungsgröße, die anderen drei als
die geführten Größen auszubilden. Daher wählt man aus praktischen Gründen diejenige Größe
als Führungsgröße, die sich am schlechtesten bevorraten läßt. Es bestand die Wahl zwischen
Linters und Kupfer.
Der Durchlauf von Linters durch einen Bunker wäre besonders in den Jahren 1955 und 56 erwünscht
gewesen, weil die kontinuierliche Schneckenzentrifuge als hochgezüchtete Maschine sehr empfindlich war. Durch
sinnvolle elektronische Überwachungseinrichtungen wurden Unregelmäßigkeiten weitgehend ausgeschaltet.
Eine Bunkerung von Linters mußte wegen des enormen Raumbedarfes, der Kosten und der Gefahr des Stockens der
Linters, entfallen.
Die Bunkerung von Cu-Sulfat dagegen ist leichter möglich. Die richtige Bunkerung trägt
sogar zur Vergleichsmäßigung von schwankendem Wassergehalt bei, wenn schichtweise in den Bunker eingetragen,
jedoch quer zur Schichtung ausgetragen wird.
H2O und NH3-Wasser werden jetzt schon leicht bevorratet. Es sind also Linters die Führungsgröße, Cu
und H2O und NH3 die geführten Größen.
Da einem kontinuierlichen Verfahren, auch einem Meßverfahren, mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit
der Vorzug zu geben wäre, wurde zunächst die |
|
Bild 2
|
kontinuierliche Messung und Regelung (Dosierung) untersucht,
Für die festen Stoffe Linters und Cu kämen kontinuierliche Bandwaagen in Frage, für die Flüssigkeiten
gesteuerte Zahnrad- oder Dosierpumpen.
Die Bandwaage:
Die Menge pro Zeiteinheit ist gleich dem Produkt aus Gewichtsmessung und Bandgeschwindigkeit.
Genauigkeit der Gewichtsmessung:
Die Empfindlichkeit der industriellen Waagen (Drehmoment-Waagen) beträgt ca. 0,3 % vom Gesamtgewicht
(Wiegebrücke und Wiegegut). Die garantierte statische Genauigkeit beträgt normalerweise 0,6 % vom
Skalenwert.
D. h. bei einer Bandwaage mit einem Brückengewicht von ca. 150 kg (bei Leichtbauweise) und z. B. 5 kg Linters,
zus. 155 kg, wäre die max. erreichbare Empfindlichkeit 100 gr Linters = 2 % von 5 kg Linters.
Ein namhaftes Herstellerwerk bot uns eine entsprechende Anlage mit +/- 1 % bei täglichem Tarieren an.
Wenn man bedenkt, daß die feuchten Linters sehr leicht haften, ist durch die unterschiedliche am Band haftende
Lintersmenge ein zusätzlicher endlicher Fehler zu erwarten.
Für die Meßanlage kommt der Fehler der Bandgeschwindigkeitsmessung hinzu, der in der Größenordnung
+/- 0,1 % liegt. Eine Kontrolle dieses Fehlers ist nur mit aufwendigen Mitteln möglich.
Man könnte versuchen, durch Auswählen optimaler Verhältnisse Schichtdicke a. d. Band/Bandgeschwindigkeit
den Fehler in Grenzen zu halten.
Bei der kontinuierlichen Verwiegung von bas. Cu-Sulfat liegen die Verhältnisse nicht so ungünstig, aber
im Prinzip ähnlich.
Die kontinuierliche Dosierung von Flüssigkeiten bereitet keine Schwierigkeiten. (Fehlergröße +/-
0,5 %, in begrenzten Bereichen bis +/- 0,2 %).
Für die Beurteilung der Gesamt-Genauigkeit der Dosierung sind dem Fehler der Führungsgröße
von +/- 1 % mindestens die größten Fehler der geführten Größe hinzuzufügen.
Die Einhaltung einer Gesamt-Genauigkeit von +/- 1,5 % bei täglichem Tarieren, dürfte das erreichbare
Optimum darstellen. Die Anlage würde im Hinblick auf die Nachführung von Cu als Regelung, von NH3 und
H2O als Steuerung arbeiten.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die kontinuierliche Messung und Regelung bzw. Steuerung der
Lösungskomponenten in Messung und Regelung aufwendig und teuer ist. Die Genauigkeit beträgt optimal +/- 1,5 % bei tägl. Tarieren. |
|
Bild 3
|
Die periodische Verwiegung nach Programm:
(Frequenz von Linters-Zufuhr bestimmt)
Der kontinuierliche Zulauf von Linters, Cu usw. wird in Zeitabschnitten von z. B. 30“ zerhackt.
Die projektierte Tagesleistung von 15 to - Seide
|
15 000 kg/24 Std.
|
|
625 kg Cellulose/Std. |
|
|
|
10,4 kg/min |
|
|
|
5,2 kg/30“ als Cellulose |
|
bei z. B. 50 % H2O
|
|
10,4 kg/30“ Linters feucht |
|
|
|
===================== |
|
bei z. B. 60 % H2O
|
|
13,0 kg/30“ Linters feucht |
Die periodische Verwiegung von 10,4 bzw. 13 kg Linters erfolgt mit einer Empfindlichkeit von +/- 5 gr
d. h. f </= 0,5 %.
Auch hier kommen die Schwankungen eines unterschiedlichen Nachlaufes hinzu, der durch bewußtes Kurzhalten
des Nachlaufes und Hochsetzen der Bandgeschwindigkeit kleingehalten wird (Bandgeschwindigkeit = Fallgeschwindigkeit
der Linters). Der konstante Teil des Nachlaufes wird eingeeicht; die Schwankungen werden auf +/- 0,15 % geschätzt.
Damit ist die geforderte Genauigkeit von +/- 0,5 % mit Sicherheit gewährleistet.
Basisches Cu-Sulfat:
Es fällt von den Saugzellenfiltern in einen Bunker.
Bei Schwankungen der Feuchtigkeit sorgt die Schichtung für einen gewissen Ausgleich, besonders in den unteren
Bereichen, in denen ein relativ hoher Druck herrscht. Durch Austragung senkrecht zur Schichtung ist eine hinreichende
Reduzierung der Feuchtigkeitsschwankung über die Zeit, d. h. Mittelwertbildung erreicht.
Aus dem großen Vorratsbunker wird ein kleiner Vorbunker selbsttätig aufgefüllt.
Aus diesem Vorbunker wird mittels zweistufiger Magnetrüttelrinne das Wiegegefäß bis ca. 90 %
in Schnellfüllung und bis 100 % in Feinfüllung aufgefüllt. Die Füllgeschwindigkeit wird
so eingerichtet, daß der Füllvorgang mit Sicherheit zeitlich vor der Füllung der Linterswaage abgeschlossen
ist.
Die Bereitstellung der programmgemäßen H2O-Portionen erfolgt nach dem gleichen zweistufigen Wiegeprinzip wegen
der hohen Genauigkeit. (0,6 %)
Das gleiche gilt für NaOH.
Der gleichbleibende Flüssigkeitsdruck vor den Reguliergliedern zur Erzielung konstanter Durchflußleistungen
beim Auffüllen der Wiegegefäße, besonders im Hinblick auf den Nachlauf zur Kleinhaltung der Nachlaufschwankungen,
wird mittels Zentrifugalpumpe im Schwachlastenbereich (Nebenschlußverhalten) gewährleistet, (Optimum:
Typengröße der Pumpe, Pumpenenergie/Erwärmung des gekühlten H2O, Verlust an Kühlenergie).
Die Zumessung des tiefgekühlten NH3
erfolgt mittels Ovalradzähler. Wegen der Vereisung des Zählers erhält er außer einem in Vakuum-Glasröhren
eingeschmolzenen magnetisch betätigten Kontakt keine bewegten Teile außer den den Meßzahnrädern.
Der elektrische Kontakt betätigt einen entfernt aufgebauten elektrischen Impulszähler mit Vorwahl, der
das Ende der programmgemäßen Portionen schaltet.
Die Genauigkeit beträgt im Durchflußbereich von 3 bis 100 % des Nennwertes +/- 0,5 %, im eingeengten
Bereich sind mit Sicherheit +/- 0,2 bis 0,25 % anzusetzen.
Der Ovalradzähler legt der Anlage allerdings einige Einschränkungen auf im Hinblick auf die freie Auswahl
der Portionsgrößen des Programms. Er ist nur in Schritten von 0,1 zu 0,1 Liter verstellbar. Das hat
zwar keine Auswirkung auf die Genauigkeit der Anlage. Beeinflußt wird nur die Dauer einer Verwiegung in der
Größenordnung 1/5 Sekunde.
Die Genauigkeit der periodischen Verwiegung dürfte also
|
|
bei Linters |
+/- 0,2 ... 0,3 % |
|
|
bei Cu |
+/- 0,2 ... 0,3 % |
|
|
bei H2O (NaOH) |
+/- 0,1 ... 0,2 % |
|
|
bei NH3 |
+/- 0,25 % |
betragen, wobei die möglichen Schwankungen des Nachlaufes berücksichtigt sind.
Dieses Verfahren hat außer der hohen Genauigkeit den Vorteil, daß handelsübliche, bei mehreren
namhaften Firmen erhältliche Meßgeräte eingesetzt werden und der Aufwand für Regelung entfällt.
Die erforderliche elektrische Steuerung wird aus einfachen, jedem Elektriker geläufigen Teilen, aufgebaut. |
|
noch zu
Bild 3
|
Zusammenwirken der Meßanlage und Zusammenführung
der einzelnen Komponenten
Nach fertiger Abmessung von H2O und Cu wird an jeder der beiden Waagen ein elektr. Kontakt an der
Linterswaage. Hat diese den Sollwert erreicht, schaltet ihr Kontakt den Auswerfbefehl an alle drei Wiegegefäße
und den Startbefehl an den NH3-Zufluß.
Alle 4 Ströme setzen sich in Bewegung und laufen zum Mischorgan. Für den Transport wird grundsätzlich
der freie Fall benutzt. Durch entsprechende Drosselglieder werden die 4 Zulaufgeschwindigkeiten synchronisiert.
Nach erfolgtem Auswurf der verwogenen Portionen gehen die Waagen selbsttätig wieder in Auffüllstellung,
der Vorgang beginnt von neuem.
Da in unserem Falle der Aufstellungsort der Cu- und Linterswaagen nicht frei wählbar, sondern vom Standort
der Lintersschleuder und Grünfilter bestimmt werden, ergab sich die Notwendigkeit, die Transportprobleme eingehender
zu studieren. Es ergaben sich mehrere brauchbare Lösungsmöglichkeiten, die im genannten Bericht festgehalten
sind.
Die hier beschriebene Anlage wurde so projektiert, daß an einer zentralen Schaltwarte sämtliche Wiegevorgänge
beobachtet und die Zuläufe verstellt werden können. |
|
Bild 4
|
Ein Beispiel für eine Einstellhilfe der Anlage zeigt Bild
4. Das von Cu und Linters mitgebrachte Wasser muß richtig berücksichtigt werden (Nomogramm). |
|
Bild 5
|
Die Vermischung der Komponenten:
Zwecks Feststellung der erzielbaren Ergebnisse mit einer Anlage, die pro Zeiteinheit immer die zugehörigen
Komponenten ins richtige Verhältnis zueinander bringt, wurde ein Versuch mit einem Schneckenwolf, Fabrikat
Alexanderwerk, durchgeführt.
Der Versuch war eine genaue Nachbildung der Verhältnisse, die bei der periodischen Verwiegung vorliegen. Es
wurden zwei 20-Sekunden-Portionen über 2 x 20 sec. dem Mischer zugeführt.
Ein Zuführungselement ergriff die Linters und führte sie der Schnecke zu. Dicht vor der Schnecke wurde
das Cu, vermischt mit den flüssigen Komponenten, zugegeben. Als Abschluß der Schnecke wurde eine 8 mm
Durchmesser Lochscheibe mit Kreuzmesser eingesetzt. Die Lochscheibe hatte nur die Aufgabe, für den Aufbau
des erforderlichen Druckes in der Schnecke zu sorgen. Die Kreuzmesser dienten der Freihaltung der Löcher.
Es zeigte sich, daß die mischende Wirkung der Kreuzmesser sehr gut war. Der Mischwolf lieferte eine sehr
zähe Paste bei ausgezeichneter Durchmischung. Es waren auch keine Spuren nicht benetzter Linters von weißer
Farbe vorhanden. Die Paste war praktisch nicht pumpfähig. Die Versuchsmenge entsprach 12,5 tato in 24 Stunden.
Sie wurde durch 2 m NW Durchmesser Stahlrohr gedrückt, dabei stellte sich der Druck von 2 atü ein.
Die Gedanken unserer chemischen Leitung, daß nämlich durch anschließende intensives Rühren
die Lösung in kurzer Zeit hergestellt werden kann, wurde durch neuere Versuche bestätigt. |
Zusammenfassung:
Versuche und Untersuchungen, den Lösungsansatz zu automatisieren, führten zu dem Ergebnis, daß
sie vollkontinuierliche Dosierung wegen mangelnder Genauigkeit und hoher Kosten ausscheidet. Bei periodischer Verwiegung
nach Programm wird mit ausreichender Sicherheit die geforderte Genauigkeit von +/- 0,5 % (vom Sollwert) gewährleistet.
Nach der Verwiegung der einzelnen Portionen werden diese durch geeignete Mittel wieder in annähernde gleichmäßige
Ströme verwandelt und einem kontinuierlichen Mischorgan zugeführt. Auf diese Weise wird gewährleistet,
daß in jedem Zeitelement alle Lösungskomponenten im richtigen Verhältnis zueinander der Auflösung
zugeführt werden.
Das Ergebnis von ersten Mischversuchen war erfolgversprechend.
1961, J. P. Bemberg Aktiengesellschaft, Wuppertal |
|
|
NW = Nennweite = Innendurchmesser
atü = Atmosphären-Überdruck
tato = Tagestonnen
to = t = Tonne (Gewicht)
30“ = 30 Sekunden
|
|
