DE69910992T2

DE69910992T2 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen herstellung eines fluids mit automatischer einstellung deren eigenschaften

Info

Publication number: DE69910992T2
Application number: DE69910992T
Authority: DE
Inventors: Rogerio Passo D'Areia CEP-Porto Alegre BATISTA AUAD
Original assignee: Renner Herrmann Sa Porto Alegre; Renner Herrmann SA
Current assignee: Renner Herrmann Sa Porto Alegre; Renner Herrmann SA
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: ATE248644T1; US6533449B1; BR9801134A; EP1064084B1; WO1999048602A1; AU3400999A; EP1064084A1; DE69910992D1

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 Fluidliefereinrichtung 1, welche mit einer Vermischungseinrichtung 2 zum Vermischen der Komponenten des Fluids verbunden ist, wobei die Vermischungseinrichtung 2 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 Fluidanalyseeinrichtung 3 ist detailliert in der Patentanmeldung PCT/BR96/00046 beschrieben. Die Fluidliefereinrichtung 1, Vermischungseinrichtung 2 und Fluidanalyseeinrichtung 3 sind mit einer Systemsteuerungseinrichtung 4 zur Steuerung der Funktionen der Einrichtungen 1, 2 und 3 verbunden.
Die Fluidliefereinrichtung 1 umfasst Fluidaufbewahrungsbehälter 101, 102, 103, 104 und 105, die zum Aufbewahren der verschiedenen Komponenten des herzustellenden Fluids verwendet werden. Falls das herzustellende Fluid eine Farbe ist, ist der Aufbewahrungsbehälter 101 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 Aufbewahrungsbehälter 101 ist mit einem Fluidrührer 106 ausgestattet, um zu gewährleisten, dass das Fluid homogenisiert ist, und ist mit einem Ventil 107 zur Steuerung des Auslasses des Fluids zur Vermischungseinrichtung 2 verbunden. Eine Pumpe 108 ist mit dem Ventil 107 verbunden und wird verwendet, um das Fluid zur Vermischungseinrichtung 2 bei einer Strömungsrate zu pumpen, welche abhängig von den spezifischen Erfordernissen im Bereich von 1 bis 100 I/min verändert werden kann. Die Pumpe 108 ist mit einem Strömungsratenmesser 110 verbunden, welcher die Strömungsrate des durch die Pumpe gepumpten Fluids 108 aus dem Aufbewahrungsbehälter 101 misst. Die Steuerungseinrichtung 4 steuert den Betrieb der Pumpe 109 abhängig von der durch den Strömungsratenmesser 110 gemessenen Strömungsrate, um zu gewährleisten, dass die Strömungsrate des Fluids zur Vermischungseinrichtung 2 konstant ist.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. Jede der Fluidaufbewahrungsbehälter 102, 103, 104, 105 bis n ist mit einer Dosierungseinrichtung 112 verbunden. Die Dosierungseinrichtung 112 ist mit der Steuereinrichtung 4 verbunden, so dass eine bestimmte Menge jeder Fluidkomponente, deren Hinzufügen für die Anpassung des Fluids erforderlich ist, an die Vermischungseinrichtung 2 geliefert werden kann.
Jede Dosierungseinrichtung 112 umfasst eine Pumpe 113, welche an einem entsprechenden Aufbewahrungsbehälter 102, 103, 104 oder 105 verbunden ist. Die Pumpe 113 ist mit dem Steuerungsventil 114 und über einen ersten Druckwandler 115 mit einem Filter 116 verbunden. Das Filter 116 wird verwendet, um feste Partikel aus dem Fluid zu filtern und ist über einen zweiten Druckwandler 117 mit einem Satz von Pumpen 118 verbunden, welche drei Dosierungspumpen 119, 120 und 121 umfassen, die parallel miteinander verbunden sind. Während des Betriebs kann der Filter 116 mit Feststoffpartikeln gesättigt werden, und um zu wissen, wann dies der Fall ist, wird der Druckunterschied zwischen den Druckwandlern 115 und 117 in Echtzeit berechnet. Die Dosierungspumpen 119, 120 und 121 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 Pumpen 118 ist über einen dritten Druckwandler 122 mit einem Ventil 123 mit zwei Auslässen verbunden, wobei einer mit der Vermischungseinrichtung 2 verbunden ist und der andere mit dem Steuerungsventil 114 verbunden ist. Das Ventil 123 ermöglicht das Leiten von Fluid entweder in die Vermischungseinrichtung 2, wobei der Wandler 122 Information über den Einspritzdruck in die Vermischungseinrichtung 2 bereitstellt, oder das Fluid zu seinem entsprechenden Aufbewahrungsbehälter 102, 103, 104 oder 105 zurückgeführt wird, um Sedimentierung des Fluids in den verbindenden Leitungen zu vermeiden, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Das Steuerungsventil 114 ist mit dem Fluideinlass 124 der Vorratsbehälter 102, 103, 104 oder 105 verbunden und wird verwendet, um die Versorgung der Dosierungspumpen 119, 120 und 121 mit Fluid zu gewährleisten, wenn das Fluid in die Vermischungseinrichtung eingespritzt wird. Das Steuerungsventil 114 wird automatisch durch den Druckwandler 117 gesteuert.
Beim Betrieb erhält die Dosierungseinrichtung 112 ein Steuerungssignal von der Steuereinrichtung 4, um eine spezifizierte Menge des im Aufbewahrungsbehälter 102, 103, 104 oder 105 aufbewahrten Fluids zur Vermischungseinrichtung 2 zu liefern. Erst wird Fluid von Aufbewahrungsbehälter 102, 103, 104 oder 105 durch die Pumpe 113 gepumpt und über das Kontrollventil 114 zum Fluideinlass 124 des Aufbewahrungsbehälters 102, 103, 104 oder 105 zurückgeführt, bis sich der Fluiddruck bei 3 kg/cm² stabilisiert. Der Druck wird durch das gesteuerte Öffnen des Steuerungsventils 114 reguliert und wird durch einen ersten Druckwandler 115 gemessen. Sobald sich der Druck bei 3 kg/cm² stabilisiert hat, wird eine der Dosierungspumpen 119, 120 oder 121 aktiviert abhängig von der erforderlichen Dosierung von Fluid, das an die Vermischungseinrichtung 2 geliefert werden soll, und das Ventil 123 wird geöffnet, damit Fluid in einem geschlossenen Kreislauf zurück zum Fluideinlass 124 fließen kann. Die Dosierungspumpe 119, 120 oder 121 wird gesteuert, um den Druck des im geschlossenen Kreislauf fließenden Fluids zu variieren, bis der Druck, welcher durch den dritten Druckwandler 122 gemessen wird, einen Druck von 1 kg/cm² über dem Druck in der Vermischungseinrichtung 2 erreicht. Wenn dieser Druck erreicht ist, wird das Ventil 123 umgeschaltet, damit Fluid zu der Vermischungseinrichtung 2 strömen kann. Der Dosierungsanteil ist abhängig von der Geschwindigkeit jeder der drei Dosierungspumpen 119, 120 oder 121, welche gesteuert werden durch Ansteuerungen mit nicht-variabler Frequenz.
Es wird auf 3 der Zeichnungen Bezug genommen. Eine Fluidanalyseeinrichtung 3 umfasst eine optische Einheit 5 zum Bereitstellen einer Quelle elektromagnetischer Strahlung für eine Detektoreinheit 6 und zum Messen davon ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung. Sowohl die optische Einheit 5 als auch die Detektoreinheit 6 sind mit einer Steuereinheit 4 verbunden, welche zur Datenerfassung und Steuerung der Funktionen der Einheiten 5 und 6 wie auch zur Steuerung der Einheiten 1 und 2 verwendet wird.
Die optische Einheit 5 umfasst eine Lichtquelle 509 mit drei Ausgängen 502, 503 und 504 zum Ausstrahlen elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Ausgänge 502 und 503 sind mit den Eingängen 505 und 506 von dem Faserkabel 507 bzw. 508 eines Standardspektrometers 501. Die Quelle 509 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 Quelle 509 auf, welche durch ein Faserkabel (nicht gezeigt) zu einem Eingang 510 (Referenzkanal des Spektrometers 501) geleitet wird. Der Ausgang 504 dient als Referenz für die Messung der von der Detektoreinheit 6 erhaltenen Spektren.
Die Optische Einheit 5 ist ebenfalls mit einem Eingang 511 ausgestattet, welcher mit einem Faserkabel 512 verbunden ist, welches Licht von der Detektoreinheit 6 zu einem Detektor (nicht gezeigt) führt.
Die Detektoreinheit 6 weist eine Fluidmesszelle 601 auf, welche einen mit der Vermischungseinrichtung 2 verbundenen Fluideinlass 602 und einem ebenfalls mit der Vermischungseinrichtung 2 verbundenen Fluidauslass 503 hat. Licht von der optischen Einheit 5 wird über die Faserkabel 507 und 508 zu den Ein gängen 604 und 605 zur Transmissions- bzw. Reflektionsanalyse des Fluids in der Messzelle 601 geleitet. Der Input 604 wirkt auch als Output für Licht, welches durch das Fluid transmittiert oder von dem Fluid reflektiert wird, und ist mit dem Faserkabel 512 verbunden.
Es wird Bezug genommen auf die 1 und 3. Die Vermischungseinrichtung 2 umfasst einen ersten Vermischer 201 mit einem Flügelrad 201a, einem zweiten Mischer mit einem Flügelrad 202a und einer Fluidzwischenspeicher-Einrichtung 203. Der erste Mischer 201 hat Fluideinlässe 204, welche mit der Dosierungsvorrichtung 112 jeder der Fluidaufbewahrungsbehälter 101, 102, 103, 104 und 105 verbunden ist, und hat zwei Fluidauslässe 205, wobei einer mit einem Ventil 206 und der andere über einen Strömungsratenmesser 207 mit einem ersten Fluideinlass des zweiten Mischer 202 verbunden ist.
Das Ventil 206 ist über einen Druckwandler 209 und einen Strömungsratenmesser 210 mit einem Systemauslassventil 211 verbunden, welches wiederum mit einer Fluid-Rückführungsleitung 212 und einem Systemauslass 213 verbunden ist.
Der zweite Mischer 202 hat einen Fluidauslass 214, welcher mit dem Einlass 602 der Fluidmesszelle 601 der Detektoreinheit 6 verbunden ist, und einen zweiten Fluideinlass 215, welcher über einen Fluidströmungsmesser 216 mit einem Ventil 217 verbunden ist. Das Ventil 217 ist mit der Dosierungsvorrichtung 112 eines jeden der Aufbewahrungsbehälter 104 und 105 verbunden.
Die Fluidzwischenspeicher-Einrichtung umfasst einen Behälter zur vorübergehenden Aufbewahrung 203a und eine Dosierungspumpe 220. Der Behälter zur vorübergehenden Aufbewahrung 203a hat eine Kapazität von ca. 5 l und hat einen Fluideinlass 218, welcher mit dem Auslass 603 der Fluidmesszelle 601 verbunden ist, und einen Fluidauslass 219, welcher mit der Dosierungspumpe 220 verbunden ist. Die Pumpe 220 ist mit dem Fluideinlass 204 eines ersten Mischers 201 verbunden und wird aktiviert, abhängig vom Signal eines Flüssigkeitniveauwandlers (nicht gezeigt), welcher im Aufbewahrungsbehälter 203a vorgesehen ist, so, dass sie kontinuierlich Fluid wieder einspritzt, welches von der Fluidanalyseeinheit 3 gemessen und analysiert wurde, wobei dieses gemessene Fluid in den ersten Mischer 201 zurückgeführt wird.
Das gesamte System wird durch eine Steuerungseinheit 4 gesteuert, welche einen programmierbaren Mikroprozessor 401 aufweist, der mit einem Mikrocomputer 402 zur Bedienung durch Personal desselben verbunden ist. Der Mikrocomputer 402 ist mit Analyse- und Überwachungssoftware zur Analyse und Anzeige der verschiedenen Parameter des Systems für bedienendes Personal ausgestattet. Der Mikroprozessor 401 empfängt und verarbeitet sowohl analoge als auch digitale Informationen, welche durch die verschiedenen Systemeinheiten 1, 2 und 3 geliefert wird, und reagiert automatisch auf diese Signale. Der Mikroprozessor 401 aktiviert die Pumpe 113 und den Satz an Pumpen 118 der Dosierungsvorrichtung 112, steuert den Druck des Fluids in der Dosierungseinrichtung 112 und das Fluidniveau in den Aufbewahrungsbehältern 101, 102, 103, 104 und 105. Der Mikroprozessor 401 steuert ebenfalls den Betrieb der Vermischungseinheit 2, inclusive der Drucksteuerung, Temperatursteuerung, Drehung der Impeller 201a und 202a etc. und empfängt Signale von der optischen Einheit 5 und der Detektoreinheit 6 der Fluidanalyseeinheit 3.
Der Mikrocomputer 402 empfängt analoge Signale vom Mikroprozessor 401, 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 Mikrocomputer 402 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 (Einheiten 1, 2 und 2) 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 bis 3 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 Mikrocomputer 402 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 Mikroprozessor 401 ein Signal an die Fluidliefereinrichtung 1, welches die Pumpe 108 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 Dosierungsvorrichtung 112 der Aufbewahrungsbehälter 102, 103, 104 und 105, um die korrekten Anteile der Fluidkomponenten bereitzustellen, abhängig von der im Mikrocomputer 402 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 Vermischungseinrichtung 2 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 Mikroprozessor 401 zum Betrieb eines ersten Mischers 201 durch Rotieren eines Fluidflügelrads 201a, um das Fluid zu homogenisieren, welches aus dem Fluidauslass 205 austritt. Zunächst ist das Ventil 206 eingestellt, um eine Probe des gemischten Fluids bei einer Strömungsrate von 0,1 I/min zu einem zweiten Mischer 202 strömen zu lassen. Die Strömungsrate der Probe wird durch den Strömungsmesser 207 gemessen und wird verwendet, um die Öffnung des Ventils 206 über den Mikroprozessor 401 zu steuern, um eine festgelegte Strömungsrate des Probenfluids zu dem zweiten Mischer 202 zu erhalten.
Zur gleichen Zeit, während die Fluidprobe zum Mischer 202 geliefert wird, wird die Dosierungseinrichtung 112 von einem oder beiden der Aufbewahrungsbe hälter 104 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 Strömungsmesser 216 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das verwendet wird, um die Umdrehungen pro Minute der Messpumpen 104a, 104b und 105a, 105b der Aufbewahrungsbehälter 104 bzw. 105 über den Mikroprozessor 401 zu steuern, um eine festgelegte Strömungsrate des Strömungsfluids zu dem zweiten Mischer 202 zu erhalten. Die Verdünnung der Probe ist nur notwendig, wenn die Sensitivität der Detektoreinrichtung 6 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 Mikroprozessor 401 verwendet werden, um die Strömung jeder der Komponenten des Fluids von der Dosierungseinrichtung 112 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 Mischer 202 versorgt. Nach dem Austreten aus der Fluidanalyseeinheit 3 wird das Fluid zu einem Behälter 203a für die vorübergehende Aufbewahrung der Fluidzwischenspeicher-Einrichtung 203 geleitet, von welcher es von einer Pumpe 220 bei einer gesteuerten Strömungsrate in den ersten Mischer 201 gepumpt wird. Sobald die Pumpe 220 aktiviert ist, wird die Strömungsrate des Verdünnungsfluids, welches von den Aufbewahrungsbehältern 104 und/oder 105 durch die entsprechende Fluidliefereinrichtung 112 an den ersten Mischer 201 geliefert wird, proportional verringert, um das Hinzufügen von Verdünnungsfluid vom Zwischenspeicher 203 zu kompensieren. Die Strömungsrate der verdünnten Probenflüssigkeit vom Zwischenspeicher 203 zum Mischer 201 wird gesteuert, so dass der Zwischen speicher 203 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 Fluidanalyseeinrichtung 6 analysierte Fluidprobe nicht mit dem benötigten Fluidprodukt übereinstimmt, wird der Rest des aus dem Mischer 201 austretendne Fluids über ein Systemauslassventil 211 durch eine Fluidwiederverwendungsleitung 212 zu einem Fluidaufbewahrungsbehälter 101 geleitet. Sobald die Fluidprobe mit dem benötigten Produkt übereinstimmt, wird das Ventil 211 auf die Auslassposition bewegt, damit das gesamte Fluid, das vom ersten Mischer 201 strömt, zum Systemauslass 213 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

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.