漿料混合的控制系統和方法

專利名稱：漿料混合的控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于連續制備粉末固體在液體中的混合物、從這些混合物中除去夾帶的氣泡并且用于控制這些過程的控制系統和方法。本發明尤其用于制備精細研磨的聚氨酯泡沫塑料顆粒在多元醇中的無氣泡漿料，以及用于制備包含有該精細研磨的聚氨酯泡沫塑料顆粒的新的聚氨酯制品。
背景技術：
“聚氨酯”(PUR)指的是通過將多異氰酸酯分子和一種或多種活性氫化合物進行加聚反應制備而成的一類聚合物。“活性氫化合物”包括水和多官能團含羥基(或“多羥基”)化合物例如二醇、聚酯多元醇和聚醚多元醇。活性氫化合物還包括多官能團含氨基化合物例如多元胺和二胺。活性氫化合物的一般示例為聚醚多元醇例如甘油引發的環氧乙烷或環氧丙烷的聚合物。用于塊料柔性聚氨酯泡沫塑料的聚醚多元醇其分子量為2000至6000g/mol，其官能度為2至7(優選大約為3)，并且在25℃下的粘度通常為100至1000mPa-s。
“PUR泡沫塑料”是通過一種或者多種活性氫化合物與多官能團異氰酸酯化合物之間進行反應生成氨酯鍵而形成的。PUR泡沫塑料廣泛用于各種產品和應用。這些泡沫塑料可以以各種密度形成，并可以是柔性的、半柔性的、半剛性的或者剛性的泡沫結構。通常，“柔性泡沫塑料”是那些在變形之后能恢復其形狀的材料。除了能可逆變形之外，柔性泡沫塑料對所施加的負載具有有限的耐受力，并且泡孔主要為開孔結構。“剛性泡沫塑料”是那些在變形之后通常保持變形的形狀而不會明顯恢復的材料。剛性泡沫塑料的泡孔主要為閉孔結構。“半剛性”或者“半柔性”泡沫塑料是可以變形但是能緩慢的可能是不完全的恢復其原始形狀的材料。通過使用所謂的“發泡劑”來形成泡沫結構。發泡劑在通過低沸點液體的揮發或者通過由于化學反應導致形成氣體而形成泡沫的過程中加入。例如，水和異氰酸酯之間的反應在PUR泡沫塑料中形成二氧化碳(CO2)氣泡。這種反應也產生熱量，并且導致聚合物中形成脲鍵。另外，可以使用表面活性劑來在聚合過程中穩定聚合物泡沫結構。使用催化劑來引發形成氨酯鍵的聚合反應，并且用于控制形成氣體的發泡反應。通過催化劑的類型和用量來控制的這兩種反應之間的平衡也是反應溫度的函數。典型的泡沫塑料配方包括至少一種多元醇、至少一種異氰酸酯，并且通常包括水、表面活性劑以及催化劑，還任選地包括附加的發泡劑、填料以及用于顏色、防火性能、抗菌活性等的添加劑。
聚氨酯泡沫塑料可以采用例如深冷處理或者輥磨機(例如參見于2000年12月21日提交的美國專利申請#09/748307，該文獻在此引入作為參考)研磨成精細顆粒。然后，這些精細顆粒可以用于替換用于新泡沫塑料的配方中的化學品。使用回收的聚氨酯泡沫塑料有益于環境保護，并通常可以節省成本。
為了向配方中加入聚氨酯粉末，該粉末必須與液體反應物混合。另外，漿料必須沒有夾帶的氣泡，因為它們會在泡沫塑料中產生不理想有的不規則泡孔結構，包括孔洞和裂縫。通過向已知量的多元醇中加入已知量的粉末、進行充分混合并使夾帶的氣泡能夠有足夠長的時間(通常大約為8-48小時)離開漿料而在分批生產過程中使粉末可以與液體反應物混合。因為漿料具有通常大約為500至20000mPa-s的高粘度，所以這種自然的脫氣過程需要長時間。用于除去夾帶空氣的連續處理在分批生產過程中是優選的，因為連續處理將不需要等待夾帶空氣自然地離開漿料，并且連續處理不需要用來保存全天泡沫塑料生產所需漿料的大存儲體積。
理想有用于生產聚氨酯的精細顆粒在多元醇中的無氣泡漿料以及用這些漿料生產泡沫塑料的方法。具體地說，存在著對下述裝置和處理方法的需求，即，用來獲取精細研磨的聚氨酯泡沫塑料顆粒、將它們作為漿料分散在多元醇中、從漿料中基本上去除所有夾帶氣泡并且在生產新的聚氨酯制品中使用該漿料直接代替至少一些多元醇。還要求這種過程能夠連續地運行，從而使粉末和多元醇混合、脫氣并且被用于毫無延遲地生產新的聚氨酯制品。所理想的連續處理必須能夠以可精確控制的流速輸送具有可精確控制的固體濃度的無氣泡漿料。

發明內容
本發明包括一種用于連續生產固體粉末在液體中的基本上無氣泡的漿料并且以可精確控制的濃度和流速輸送這些漿料的控制系統和方法。本發明還包括一種在提供精確而穩定的漿料濃度和流速的同時控制處理操作的方法。
粉末和流體(例如，精細研磨的聚氨酯粉末和多元醇液體)被連續輸送給混合器，在那里它們均勻接觸并且生產出漿料。在本說明書中，漿料被定義為液體和固體的混合物，其中至少一些固體沒有溶解，并且意味著包括自然分離的混合物以及穩定的懸浮體。可能包含夾帶的氣泡的漿料從混合器被輸送給脫氣步驟，在那里連續地除去夾帶的氣泡。從所述脫氣步驟將基本上無氣泡的漿料連續地輸送給下游使用。
一種回饋式控制系統用于為處理的連續操作提供在漿料濃度和流速上的良好控制。控制過程的說明從該過程的最后開始。例如通過質量流量計、優選地通過在線科里奧利效應質量流量計來測量最終漿料的流速。用該流速測量值控制用來從緩沖罐的底部抽出漿料的泵的速度。例如通過液面傳感器、優選地通過連續超聲波液面傳感器測量在緩沖罐中的漿料量。用該液面測量值控制用來從混合罐的底部抽出漿料并且將該漿料輸送給離心機的傳送泵的速度。例如通過液面傳感器、優選地通過連續電容式液面傳感器來測量在混合罐中的漿料量。用該液面測量值來控制粉末加入到混合器中的參考速度。例如通過標度、優選地通過失重式給料器來測量粉末加入到混合器中的實際速度。粉末加入到混合器中的實際速度用于以代數方法確定加入到混合罐的多元醇的所需速度，以便提供所要求的漿料濃度。通過加入到混合器的粉末的實際速度和所理想的漿料濃度以這種方式控制多元醇供應泵的速度。因為粉末和多元醇總是以所要求的比例一起加入到混合罐中，所以該控制方法可以很好地控制漿料濃度。即使加入到混合罐的粉末的速度正在改變，該控制方法也可對漿料輸出流速提供很好的控制。
通過參照本發明的以下詳細說明和給出了其中利用了本發明的原理的例舉實施例的附圖將更好地理解本發明的特征和優點。


圖1為表示用于連續生產基本上無氣泡的漿料的工藝的工藝流程圖。
圖2為所披露的混合器的示意圖。
圖3為與混合罐結合的圖2所示混合器的示意圖。
圖4為在真空腔室內用于從漿料中除去夾帶氣泡的離心機的示意圖。
圖5為所披露的緩沖罐的示意圖。
圖6為表示用所披露的處理控制方法連續生產基本上無氣泡的漿料的工藝的示意圖。
圖7為用來控制漿料流速的流速控制系統的一個實施例的示意性方框圖。
圖8為用來控制緩沖罐中的液面的液面控制系統的一個實施例的示意性方框圖。
圖9a為控制在混合罐中的固體濃度和液面的粉末和流體速度控制系統的一個實施例的示意性方框圖。
圖9b為控制在混合罐中的固體濃度和液面的粉末和流體速度控制系統的另一個實施例的示意性方框圖。
圖9c為控制在混合罐中的固體濃度和液面的粉末和流體速度控制系統的再一個實施例的示意性方框圖。
圖10為用于連續生產基本上無氣泡的漿料的披露工藝的流程圖。
具體實施例方式
在圖1中顯示出本發明公開的處理工藝100的示意圖。固體粉末105(例如以散裝袋形式或從料倉中提供)通過適當的裝置110(例如螺旋輸送裝置)輸送給粉末給料器120的料斗。例如，該粉末給料器可以為與用于測量粉末流速的裝置例如沖擊式流量計連接的失重式輸送帶或失重式螺旋輸送裝置或定容式粉末給料器。粉末給料器120以已知的并且受到控制的速度向在罐250中的混合器200(例如在下面詳細說明的所披露的混合器)輸送粉末。通過入口251向罐250加入液體組分(例如多元醇)。該液體組分例如借助于其轉速已知并且得到控制的無空化正排量泵170以已知且受控的速度從罐(未示出)或其它液體源130抽出而加入。或者，可以利用流量計或借助在罐或其它液體源中的體積或重量變化測量液體加入的速度。如下面詳細描述的那樣，在罐250中的混合器200用來使粉末徹底混合進液體中，并且粉末被良好地分散和浸濕。通常還含有夾帶氣泡的混合漿料通過出口254離開罐250。在本發明書中，漿料被定義為液體和固體的混合物，其中至少一些固體不會溶解并且意味著包括自然分離的混合物和穩定的懸浮體。在該過程中到處都設有用來清理和關閉的排放閥260。罐250可以具有用于測量和控制(參見圖6)罐中的液面的排氣孔259、連續液面傳感器258、高液面傳感器256和低液面傳感器257。相對于混合器/容器的粉末加入速度與液體加入速度的比例保持恒定。[認為“受控制”而不是“保持恒定”？]在混合罐出口254處，夾帶氣泡可通常以大約為10％(體積)的濃度存在于漿料中。混合漿料借助任何合適的手段(重力、泵、真空抽吸)例如正排量泵270通過出口254從罐250抽出，并且傳送給真空離心機300的入口320。真空離心機300如下面結合圖4所述那樣從漿料中連續地除去夾帶氣泡。從離心機300中抽真空以在其內保持較低的絕對壓力，例如小于1050毫巴，優選地為1-300毫巴。采用適當的裝置例如具有調節器351、冷凝物捕器352、壓力測量裝置354和通向大氣的排氣裝置356的真空泵353抽真空。基本上無氣泡的漿料通過出口335離開離心機300。止回閥350允許漿料通向至少一個緩沖罐400的入口401，并且漿料或空氣不會回流進離心機。
緩沖罐400或多個這種罐可以足夠大以容納足夠的用于全天泡沫塑料生產所需的漿料。在這種情況中，采用該工藝來制備大批基本上無氣泡的漿料。圖1顯示出這樣一種工藝，它也適用于連續生產漿料并且使用該漿料無延遲地生產泡沫塑料。
在下面詳細說明的緩沖罐400可以具有排氣孔459和用于測量和控制(參見圖6)罐中的液面的連續液面傳感器458、高液面傳感器456以及低液面傳感器457。
基本上無氣泡的漿料經由出口405離開緩沖罐，通過任意合適的手段(重力、泵、真空抽吸)例如無空化正排量泵470抽出。用例如可以為在線科里奧利效應質量流量計的流量計490測量質量流速。借助于三通換向閥494，漿料經由管道495傳送給下游工序(例如泡沫塑料制造或存儲)，或者經由管道496重新循環到緩沖罐400的入口404。重新循環到緩沖罐的方案允許將該工藝簡單地結合到現有的塊狀聚氨酯泡沫塑料制造廠中。例如，閥494可以緊挨著塊料發泡機的混合頭設置，混合過程100可以通過再循環管線496運轉所制備的漿料，并且可以通過閥494的轉動立即向泡沫塑料制造工藝提供基本上無氣泡的漿料。同樣，可以用閥494在不中斷混合過程100的情況下切斷漿料的下游使用。這有效地使下游的泡沫塑料制造過程與混合過程100的任意啟動或停頓瞬態斷開。在綜合廠中，閥494可以例如通過下游的過程控制系統來自動地致動。
任選的是，可以采用熱交換器480來加熱或冷卻所制備的漿料。可以分別采用儀表492和460來測量漿料的溫度和壓力。附加的儀表(未示出)可以測量粘度、固體濃度、夾帶空氣含量等。
現在參照圖2和3，混合器組件200包括一桶體201，軸202在其內通過聯軸器204由電動機203轉動。螺旋輸送機205、塊料破碎機206和至少一個葉輪207安裝在軸202上，并且與之一起轉動。通過加料口208以已知的受控速度將粉末加入到混合器中。柔性罩209以如下所述的方式將所述加料口密封在粉末給料器255的周邊上，即，可避免飛塵且同時保持混合器與粉末給料器機械隔離。如果粉末給料器為一種失重式給料器，則給料器與混合罐的機械隔離是重要的，從而重量測量不會出現偏差。粉末通過加料口208落入到螺旋輸送機205上。該螺旋輸送機使粉末迅速地穿過桶體201運動至出口210。支撐板211設置在桶體201的出口210處，并且通過支架(未示出)支撐著用于軸202的軸承212。
桶體的出口210位于罐250中的工作液面214處或之下。粉末離開出口210并且通過塊料破碎機206迅速分散進周圍的液體中。塊料破碎機包括圍繞著中心輪轂固定的徑向布置的剛性銷。這些銷足夠長，從而跨過出口210的整個開口。塊料破碎機被設置得非常靠近出口，從而大塊的粉末不能通過。
葉輪207設置在塊料破碎機下面，并且具有適當的尺寸和設計，以在粉末的平均滯留時間內提供罐容積的多次周轉(turnover)。優選的是，至少一個葉輪為一種徑向流動高剪力設計。軸向流動葉輪(例如，船用葉輪)提供了更高的流量和更多的容器周轉。優選的是，一個葉輪設置在塊料破碎機附近以便進行良好的混合，第二葉輪設置在罐底附近以避免固體沉降。
漿料(例如多元醇)的液態組分優選地在靠近工作液面214的位置處通過至少一個入口251加入到罐250中。該罐優選地具有多個用來減少渦流的形成的折流板252。在罐底附近安裝有一篩板253。該篩板具有多個開孔，它們允許混合漿料穿過，但是使更大的未分散粉末的料塊返回以進一步混合。優選的是，在篩板中的開孔其尺寸大約為0.1至1cm。混合漿料通過在底部中的開口254離開混合罐。
圖4和5顯示出用于從液體中除去夾帶氣泡的真空離心機300和用于在不重新夾入氣泡的情況下聚積基本上無氣泡的液體的緩沖罐400的示意圖。在真空離心機和緩沖罐方面，“液體”包括在液體中的固體顆粒的可泵送混合物，例如在液體中的粉末的漿料或在多元醇中的精細研磨的聚氨酯粉末的漿料。
現在參照圖4，將待脫氣的液體輸送給離心機的入口320并且使該液體穿過管道321行進到離心機轉筒310。離心機轉筒310如此安裝在軸346上，即，該離心機轉筒和軸由合適的裝置例如電動機345轉動。當使離心機轉筒310轉動從而使切向速度較高(例如為10-100m/s)時，液體沿著離心機轉筒的內側表面薄薄地攤鋪開，迫使氣泡在離心力的作用下壓在表面上并且將它們破碎。液體匯集在盡可能遠離旋轉軸線的位置處。收集管333收集該液體并且通過管道334將它引導至出口335。離心機轉筒的轉動給液體賦予了足夠的能量，以將它通過管道334泵出。折流板329固定在管道321上并用來防止液體從離心機轉筒飛濺出。
旋轉的離心機轉筒310設置在一真空腔室325內，該真空腔室具有安裝有用來使該真空腔室真空密封的密封墊的前板326和后板327。板327包含有一支撐和密封組件340，軸346通過該組件轉動。板326任選地具有密封的觀察孔328，其允許觀察該旋轉的離心機轉筒。例如通過接頭330向該腔室施加真空。在腔室內的低絕對壓力(例如為1至300毫巴)防止液體在被收集(333)并且朝著出口335引導時重新夾入氣泡。從出口335可得到基本上無氣泡的液體。可以設置一排放口332，以便于清理和關閉。
現在參照圖5，將液體輸送給入口401。入口401設置在罐頂附近，而出口405位于罐底。入口和出口的這種布置用于該罐的理想的先進先出操作，但是由于液體的噴射或飛濺，所以有夾入氣泡的可能。堰402防止液體噴射進罐中，而是使液體轉移，從而它沿著罐407的壁向下流。柔性堰延伸部分403甚至使液體以較低的流速沿著罐壁向下流動。液體在延伸部分403和罐407的壁之間行進，并且將延伸部分403吸在壁上。這避免了出現液體通過在入口401和自由表面406之間的空間滴落、“淋降”或以其它方式落下。延伸部分403可以由例如柔性塑料片制成。
圖5描述了在從初始排空的條件下開始的啟動期間部分充滿的罐407。在初始填充期間，液體具有從入口401行進到自由表面406的最遠距離，并且可能夾雜進氣泡。通過堰402和延伸部分403迫使液體沿著罐的側面向下流而大大降低了夾帶氣泡的可能性。
緩沖罐400可以具有多個帶有其相關的堰402和延伸部分403的入口401。例如，入口401可以用來接收來自真空離心機300的出口335的液體，而入口404可以用來接收通過下游過程從出口405再循環的液體。
在圖6中顯示出所披露的回饋控制系統，它通過控制漿料濃度和流速來進行所披露的混合工藝的連續操作。
例如通過流量計490、優選地通過在線科里奧利效應質量流量計來測量最終的基本上無氣泡的漿料的流速。在線科里奧利效應質量流量計對于本領域的普通技術人員而言是公知的，在這里將不作說明以避免難以理解本發明。對于相關領域的普通技術人員還公知的是，可以使用許多其它儀器來測量流速，而在線科里奧利效應質量流量計只是一個說明性示例。該流速測量值509可由流速控制系統530來控制泵470的速度。
圖7中示出了流速控制系統530的一個實施例。采用相同的參考標號來表示和參照在前面附圖中所示和所述的相同元件。根據需要使用新的參考標號來指明在前面沒有指明的元件。流速控制器700接收來自泵470的輸出端的測量數據509(例如由流量計490測量)和流速數據設定值702作為輸入，并且向用于泵470的變速驅動裝置471提供漿料輸出信號511(如圖7中所示，具有兩個參考標號的一個符號)。
因此，該流速控制系統530使漿料的流速保持在流速數據設定值702的范圍內。如在本說明書中所使用的，數據設定值限定從外部數據源(例如操作者或單獨的處理控制系統)為該過程規定的數據。例如，流速數據設定值702可以是在多元醇中的聚氨酯粉末的漿料向柔性聚氨酯泡沫塑料生產線的理想流速，在該處操作者或藥劑師選擇理想的流速以提供用于理想的泡沫性能的正確配方，流速設定值可以由泡沫塑料廠的操作者來規定，或者它可以由泡沫塑料廠的處理控制系統的信號提供。泵470與緩沖罐400流體連通。
回到圖6，例如由液面傳感器458、優選地由連續超聲波液面傳感器測量在緩沖罐400中的漿料量。該液面測量值519用于借助液面控制系統520控制傳送泵270的速度。
圖8中示出了流體液面控制系統520的一個實施例。使用相同的參考標號來表示和參照在前面附圖中所示并且所述的相同元件。根據需要使用新的參考標號來指明在前面沒有指明的元件。如圖6和8所示，流體液面控制器800將來自流體液面傳感器458的液面測量數據519和流體液面數據設定值802作為輸入，并且向用于泵270的變速驅動裝置271提供漿料輸出信號521(在圖8中所示的具有兩個參考標號的一個符號)。在緩沖罐400中的材料量受到由泵270經由輸入管線401加入的漿料、由泵470除去的漿料以及可能從下游處理通過輸入管線496再循環的漿料的影響。液面傳感器458被用來通過緩沖罐400的輸出端405確定在緩沖罐400中的材料的實際料位值(例如液面傳感器)，并且將液面測量數據519發送給流體液面控制器800。由此，液面控制系統520將在緩沖罐400中的漿料量保持在液面數據設定值802的范圍內。泵270與混合罐250流體連通。
現在回到圖6，例如通過液面傳感器258、優選地通過連續電容式液面傳感器來測量在混合罐250中的漿料量。該測量數據549通過粉末和流體速度控制系統510(也參見圖9a、9b和9c)來控制向混合罐中加入粉末的速度以及控制向該混合罐中加入液體的速度，該控制系統獲取測量數據549并且向用于將粉末加入混合器中的裝置例如粉末給料器120提供輸出信號531(將粉末加入到混合器中的參考速度)，并且向用于將液體加入到混合罐中的裝置例如液體泵170提供輸出信號561(將液體加入到混合器中的參考速度)。
由此，粉末和流體速度控制系統510可以使混合罐250中的漿料量保持在混合罐液面設定值902的范圍內，如圖6和9a-9c所示。粉末和流體速度控制系統510還起到計算向混合器中加入粉末的速度和加入液體的速度的作用，從而將這兩個速度的比例，即粉末的濃度控制在預定的給定濃度904處。可以給粉末和流體速度控制系統510提供參考和實際流速信號中的任一個或兩個。
圖9a顯示出粉末和流體速度控制系統510的一個實施例。使用相同的參考標號來表示和參照在前面附圖中所示并且所述的相同元件。根據需要使用新的參考標號來指明在前面沒有指明的元件。在該實施例中，粉末的實際速度和加入液體的參考速度的比例受到控制。如圖6和9a中所示，使用傳感器258(例如液面傳感器)來檢測測在混合罐250中的材料量并且將液面信號549發送給粉末和流體速度控制器900。
回來參照圖9a，粉末和流體速度控制器900將由信號549表示的在混合罐中的材料量與粉末和流體速度設定值數據902進行比較，并且提供表示向混合罐中加入漿料的參考速度的輸出數據信號920或Qr。第一計算元件906采用Qr和預定的給定濃度數據904或P對向混合罐中加入粉末的參考速度進行代數運算并且提供輸出信號908或Sr。濃度P的單位可以按照本領域所知的許多方式例如通過質量或容積以分數、百分比或比例來規定，或者通過一些其它濃度測量值，例如材料性能諸如比重、不透明度、吸收能力等來規定。
在聚氨酯泡沫塑料工業中，一種粉末材料在多元醇液體中的濃度的有用度量為“每一百份多元醇中的份數”(pphp)。濃度為15pphp的聚氨酯粉末在多元醇中的漿料為在100份質量的多元醇中具有15份質量的聚氨酯，或者聚氨酯粉末的質量分數大約為0.13。例如，如果以單位pphp規定濃度P，則由計算元件906對Sr進行計算的公式為Sr＝QrP/(P+100)仍然參照圖9a，表示向混合罐中加入粉末的參考速度Sr的輸出信號908由提供向混合罐250或混合器200加入粉末的手段的裝置例如粉末給料器120的粉末控制器930接收。
例如通過標度125(更具體地說是標度測量值的時間導數)測量向混合器中加入粉末的實際速度。在該實施例中，采用失重式給料器作為該標度。測量到的加入粉末的實際速度529或S由控制器930用來控制向混合器中加入粉末的速度，該控制器將測試值529和向混合罐中加入粉末的參考速度908作為輸入并且向用于粉末給料器120的變速驅動裝置121提供輸出信號531。由此，粉末控制器930將向混合器200或混合罐250中加入粉末的速度保持在向混合罐中加入粉末的參考速度908的范圍內。可從商業途徑獲得的失重式給料器通常包括在整體包裝中的給料器120、驅動裝置121、標度125、速度測量裝置529、粉末控制器930和控制信號531。
測量到的向混合器中加入粉末的實際速度也由第二計算元件910來通過代數的方式確定向混合罐中加入液體的參考速度561或Lr，以便使液體和粉末的加入與漿料濃度設定值904或P同步。例如，如果規定濃度P以pphp為單位，則在該實施例中由第二計算元件910進行的Lr的計算公式為Lr＝100S/P，該公式采用了加入粉末的實際速度和設定值濃度。
由Lr表示的信號即向混合罐250中加入液體的參考速度信號561由提供了將液體加入到混合罐250或混合器200中的手段的裝置例如泵170的變速驅動裝置171接收。因為粉末和液體總是以與設定值濃度數據904對應的理想比例被一起加入到混合罐中，所以該控制方法能夠很好地控制漿料濃度。因為在液流495處(見圖1)來自過程100的漿料的流速由控制系統530(參見圖6)單獨地控制，所以即使在向混合罐250中加入粉末的實際速度529正在變化的情況下也能夠很好地控制漿料輸出的流速。在混合罐250中的材料量受實際液體加入量563、實際粉末加入量529以及從混合罐通向下游處理的實際漿料流速265的影響。由傳感器258(例如液面傳感器)確定在混合罐250中的材料量并且向粉末和流體速度控制器900傳遞信號549。
在圖9b中顯示出粉末和流體速度控制系統510的一個可選實施例。在該實施例中，除了給計算元件910提供輸出信號920(表示向混合罐中加入漿料的參考速度，或Qr)而不是信號529(表示向混合罐中加入粉末的實際速度，或S)，粉末和流體速度控制系統510與圖9a中所示和所述的基本上相同。這樣，使用粉末和流體速度控制器900來用第一和第二計算元件906和910設定將粉末(908)和液體(561)加入到混合罐中的參考速度。在該實施例中，第二計算元件910進行不同的運算。也就是，它從P和Qr中計算出Lr。例如，如果規定濃度P以pphp為單位，則在該實施例中由計算元件910計算Lr的公式為Lr＝100Qr/(P+100)，該公式使用加入漿料的參考速度和設定值濃度。
在圖9c中詳細地顯示出粉末和流體速度控制系統510的再一個實施例。除了用單個計算元件940代替第一和第二計算元件906和910外，該實施例與圖9b中所示和上面所描述的基本上相同，該計算元件940由向混合器920加入漿料的參考速度(Qr)和設定值濃度904(P)計算出將液體(561，或Lr)和粉末(908，或Sr)加入到混合器中的參考速度。例如，如果規定濃度P以pphp為單位，由單個計算元件940進行計算的公式為Lr＝100Qr/(P+100)，以及Sr＝QrP/(P+100)，這些公式使用了加入漿料的參考速度和設定值濃度。
粉末和流體速度控制器900、粉末控制器930、液面控制器800和流速控制器700可以為本領域的普通技術人員公知的任意類型，包括但不限于比例、開-關、比例-積分-微分(PID)控制器。在該系統中所使用的控制器還可以為例如模擬、數字、基于軟件、可編程邏輯控制器(PLC)、氣動、電子、光學、液壓等控制器。類似地，測量數據(509、519、529和549)、控制信號(511、521、531、541、551、908、920和561)和設定值數據(702、802、902和904)可以由本領域的技術人員公知的任意裝置獲得，包括但不限于模擬、數字、氣動、電子、光學和液壓裝置。
以足以覆蓋混合器200的出口210的已知量液體最初部分地填充混合罐250來啟動該處理。然后，將已知量的粉末加入到液體中以便生產具有設定值濃度的初始批料。一旦已經生產出該初始批料，則可以通過以下步驟連續地運行該處理，這些步驟為將粉末和液體加入到混合器或混合罐中，將漿料材料從混合罐抽出并穿過脫氣器到達緩沖罐，將漿料從緩沖罐抽向下游處理過程(例如，中間存儲或聚氨酯制造)，并且將在混合罐中的材料量控制在設定值902的范圍內，將在緩沖罐中的材料量控制在設定值802的范圍內，將漿料濃度控制在設定值904的范圍內，并且將漿料的流速控制在設定值702的范圍內。
示例1以足以覆蓋混合器200的出口210的已知量液體初始部分地填充混合罐250來啟動該處理。然后，將已知量的粉末加入到液體中以便制備具有設定值濃度的初始批料。一旦已經制備出該初始批料，則可以如上所述地連續運行該處理。
首先將質量為83.5kg的由Dow Chemica1 Co.生產的VORANOL3010A聚醚型多元醇填充進30加侖的混合罐中。向該罐加入16.7kg其最大粒徑為250微米的精細研磨的聚氨酯泡沫塑料粉末。使用如圖2所示的混合器將該初始批料徹底混合。所獲得的漿料具有濃度大約為10％(體積)的夾帶空氣。
采用如圖1所示的處理和圖6中的控制方法，使漿料從混合罐中泵出并通過真空離心機和緩沖罐，進入存儲容器中。設定值濃度為20pphp(即，每100份液體中有20份粉末，或質量百分比為16.7％)，并且漿料的流速設定值為20kg/min。該漿料的樣品在漿料離開該過程進入存儲容器時獲取。通過從漿料中將粉末過濾掉而使粉末從已知重量的漿料分離出、用二氯甲烷溶劑洗掉多元醇、干燥并且稱出該粉末的重量來測出這些樣品的漿料濃度。還通過用1000mL刻度的量筒裝滿漿料并且在恒定溫度下經過24小時之后觀察體積變化來測試這些樣品的夾帶氣泡的體積。任何的體積變化表示在漿料產品中存在夾帶的氣泡。例如，1mL的體積變化將對應于0.1％(體積)的夾帶氣泡濃度。
如表1所示，結果顯示出在漿料產品中無任何夾帶氣泡，并且粉末濃度精確地接近20pphp的設定值濃度。
表1

在圖10中示出了采用本方法連續混合漿料并且去除夾帶氣泡的流程圖1000。粉末供料1002(例如精細研磨的聚氨酯粉末)和液體供料1004(例如多元醇)分別傳輸粉末和液體，并且將兩者連續地輸送到混合步驟1006(例如使用所披露的混合器200)，在混合步驟中使粉末和液體密切地接觸并且生產出漿料。將可能包含有夾帶氣泡的漿料從混合步驟輸送給脫氣步驟1008，在脫氣步驟中連續地去除夾帶氣泡。例如，脫氣步驟可以使用真空離心機，并且還可以使用所披露的下述緩沖罐。將基本上無氣泡的漿料從上述脫氣步驟輸送給下游使用1010。例如，下游使用1010可以為聚氨酯泡沫塑料的生產。任選的是，一些或全部的漿料可以通過1012再循環回到脫氣步驟或者通過1014回到混合步驟。
應該理解的是，在這里所披露的所述處理和設備的實施例的各種替代方案可以被應用在實施所披露的處理過程中和使用所披露的設備。旨在用下面的權利要求來限定所披露的處理和設備的范圍，并且由此覆蓋在這些權利要求及其等同方案的范圍內的處理和結構。
權利要求
1.一種用于連續混合漿料并且去除夾帶的氣泡的控制系統，該系統包括粉末和流體速度控制器，其中所述粉末和流體速度控制器通過一粉末給料器和一液體泵與混合器連接；液面控制器，其與所述混合器和緩沖罐連接；以及與所述緩沖罐連接的流速控制器。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一設定值連接的第一輸入端；與液面傳感器連接的第二輸入端；以及與第一雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二設定值，它與所述第一雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述第一雙輸入計算元件具有與所述粉末給料器連接的輸出端；以及第二計算元件，它具有與所述第二設定值連接的第一輸入端；以及與所述粉末給料器連接的第二輸入端，以接收加入粉末的實際速度信號，所述第二計算元件具有通過所述液體泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
3.如權利要求2所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述第二計算元件的所述輸出端通過液體加入部件給所述液體泵提供液體速度信號。
4.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一設定值連接的第一輸入端；與液面傳感器連接的第二輸入端；以及與第一雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二設定值，它與所述第一雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述第一雙輸入計算元件具有與所述粉末給料器連接的輸出端；以及第二計算元件，它具有與所述第二設定值連接的第一輸入端；以及通過所述雙輸入粉末和流體速度控制器與所述第一設定值連接的第二輸入端，所述第二計算元件具有通過所述液體泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
5.如權利要求4所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述第二計算元件的所述輸出端通過液體加入部件給所述液體泵提供液體速度信號。
6.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一粉末和流體設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一設定值連接的第一輸入端；與粉末和流體液面傳感器連接的第二輸入端；以及與雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二粉末和流體設定值，它與所述雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述雙輸入計算元件具有多個輸出端，其中所述多個輸出端的第一個與所述粉末給料器的輸入端連接；以及所述多個輸出端的第二個通過所述液體泵與所述粉末和流體液面傳感器連接。
7.如權利要求6所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述計算單元的所述第二輸出端通過液體加入部件向所述液體泵的驅動器提供流體速度信號。
8.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述粉末和流體速度控制器從所述粉末和流體液面傳感器通過所述第二輸入端接收表示在所述混合器中的液體和粉末材料量的信號。
9.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述流體液面控制器還包括流體液面設定值；流體液面泵，它具有帶流體液面傳感器的泵驅動器；以及雙輸入流體液面控制器，它具有與所述流體液面設定值連接的第一輸入端和與液面傳感器連接的第二輸入端以及通過具有帶流體液面傳感器的泵驅動器的所述泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
10.如權利要求9所述的流體液面控制器，還包括連接在具有帶傳感器的泵驅動器的所述泵和所述液面傳感器之間的緩沖罐。
11.如權利要求1所述的控制系統，其特征為，所述流速控制器還包括流速設定值；流速泵，它具有帶流速傳感器的泵驅動器；以及雙輸入流速控制器，它具有與所述流速設定值連接的第一輸入端和與流速傳感器連接的第二輸入端以及通過具有帶流速傳感器的泵驅動器的所述流速泵與所述流速傳感器連接的輸出端。
12.一種控制連續混合的去除了夾帶氣泡的漿料的方法，包括提供一種粉末和流體速度控制器，其中所述粉末和流體速度控制器通過粉末給料器和液體泵與混合器連接；使流體液面控制器與所述混合器和緩沖罐連接；以及使流速控制器與所述緩沖罐連接。
13.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一設定值連接的第一輸入端；與液面傳感器連接的第二輸入端；以及與第一雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二設定值，它與所述第一雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述第一雙輸入計算元件具有與所述粉末給料器連接的輸出端；以及第二計算元件，它具有與所述第二設定值連接的第一輸入端；以及與所述粉末給料器連接的第二輸入端，以接收加入粉末的實際速度信號，所述第二計算元件具有通過所述液體泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
14.如權利要求13所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述第二計算元件的所述輸出端通過液體加入部件給所述液體泵提供液體速度信號。
15.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一粉末和流體設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一粉末和流體設定值連接的第一輸入端；與粉末和流體液面傳感器連接的第二輸入端；以及與第一雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二粉末和流體設定值，它與所述第一雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述第一雙輸入計算元件具有與所述粉末給料器連接的輸出端；以及第二計算元件，它具有與所述第二設定值連接的第一輸入端；以及與所述雙輸入粉末和流體速度控制器的所述第一設定值連接的第二輸入端，所述第二計算元件具有通過所述液體泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
16.如權利要求15所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述第二計算元件的所述輸出端通過液體加入部件給所述液體泵提供液體速度信號。
17.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器還包括第一粉末和流體設定值；雙輸入粉末和流體速度控制器，它具有與所述第一設定值連接的第一輸入端；與粉末和流體液面傳感器連接的第二輸入端；以及與雙輸入計算元件的第一輸入端連接的輸出端；第二粉末和流體設定值，它與所述雙輸入計算元件的第二輸入端連接，所述雙輸入計算元件具有多個輸出端，其中所述多個輸出端的第一個與所述粉末給料器的輸入端連接；以及所述多個輸出端的第二個通過所述液體泵與所述粉末和流體液面傳感器連接。
18.如權利要求17所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器的所述計算單元的所述第二輸出端通過液體加入部件向所述液體泵的驅動器提供流體速度信號。
19.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述粉末和流體速度控制器通過所述第二輸入端從所述粉末和流體液面傳感器中接收表示在所述混合器中的液體和粉末材料量的信號。
20.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述流體液面控制器還包括流體液面設定值；流體液面泵，它具有帶流體液面傳感器的泵驅動器；以及雙輸入流體液面控制器，它具有與所述流體液面設定值連接的第一輸入端和與液面傳感器連接的第二輸入端以及通過具有帶流體液面傳感器的泵驅動器的所述泵與所述液面傳感器連接的輸出端。
21.如權利要求20所述的流體液面控制器，還包括連接在具有帶傳感器的泵驅動器的所述泵和所述液面傳感器之間的緩沖罐。
22.如權利要求12所述的方法，其特征為，所述流速控制器還包括流速設定值；流速泵，它具有帶流速傳感器的泵驅動器；以及雙輸入流速控制器，它具有與所述流速設定值連接的第一輸入端和與流速傳感器連接的第二輸入端以及通過具有帶流速傳感器的泵驅動器的所述流速泵與所述流速傳感器連接的輸出端。
全文摘要
本發明涉及一種用于連續混合漿料并同時除去夾帶氣泡的控制系統和方法。該控制系統包括一種通過粉末給料器(120)和液體泵(170)與混合器(200)連接的粉末和流體速度控制器。流體液面控制器(258)與混合器和緩沖罐(400)連接，并且流體速度控制器與緩沖罐連接。
文檔編號B01F3/12GK1658962SQ03813587
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月11日 優先權日2002年4月11日
發明者羅伯特·唐納德·維爾沃克, 約瑟夫·理查德·科克化, 布賴恩·路易斯·馬特爾 申請人:摩必斯技術公司