专利名称：浆料混合的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于连续制备粉末固体在液体中的混合物、从这些混合物中除去夹带的气泡并且用于控制这些过程的控制系统和方法。本发明尤其用于制备精细研磨的聚氨酯泡沫塑料颗粒在多元醇中的无气泡浆料，以及用于制备包含有该精细研磨的聚氨酯泡沫塑料颗粒的新的聚氨酯制品。
背景技术：
“聚氨酯”(PUR)指的是通过将多异氰酸酯分子和一种或多种活性氢化合物进行加聚反应制备而成的一类聚合物。“活性氢化合物”包括水和多官能团含羟基(或“多羟基”)化合物例如二醇、聚酯多元醇和聚醚多元醇。活性氢化合物还包括多官能团含氨基化合物例如多元胺和二胺。活性氢化合物的一般示例为聚醚多元醇例如甘油引发的环氧乙烷或环氧丙烷的聚合物。用于块料柔性聚氨酯泡沫塑料的聚醚多元醇其分子量为2000至6000g/mol，其官能度为2至7(优选大约为3)，并且在25℃下的粘度通常为100至1000mPa-s。
“PUR泡沫塑料”是通过一种或者多种活性氢化合物与多官能团异氰酸酯化合物之间进行反应生成氨酯键而形成的。PUR泡沫塑料广泛用于各种产品和应用。这些泡沫塑料可以以各种密度形成，并可以是柔性的、半柔性的、半刚性的或者刚性的泡沫结构。通常，“柔性泡沫塑料”是那些在变形之后能恢复其形状的材料。除了能可逆变形之外，柔性泡沫塑料对所施加的负载具有有限的耐受力，并且泡孔主要为开孔结构。“刚性泡沫塑料”是那些在变形之后通常保持变形的形状而不会明显恢复的材料。刚性泡沫塑料的泡孔主要为闭孔结构。“半刚性”或者“半柔性”泡沫塑料是可以变形但是能缓慢的可能是不完全的恢复其原始形状的材料。通过使用所谓的“发泡剂”来形成泡沫结构。发泡剂在通过低沸点液体的挥发或者通过由于化学反应导致形成气体而形成泡沫的过程中加入。例如，水和异氰酸酯之间的反应在PUR泡沫塑料中形成二氧化碳(CO2)气泡。这种反应也产生热量，并且导致聚合物中形成脲键。另外，可以使用表面活性剂来在聚合过程中稳定聚合物泡沫结构。使用催化剂来引发形成氨酯键的聚合反应，并且用于控制形成气体的发泡反应。通过催化剂的类型和用量来控制的这两种反应之间的平衡也是反应温度的函数。典型的泡沫塑料配方包括至少一种多元醇、至少一种异氰酸酯，并且通常包括水、表面活性剂以及催化剂，还任选地包括附加的发泡剂、填料以及用于颜色、防火性能、抗菌活性等的添加剂。
聚氨酯泡沫塑料可以采用例如深冷处理或者辊磨机(例如参见于2000年12月21日提交的美国专利申请#09/748307，该文献在此引入作为参考)研磨成精细颗粒。然后，这些精细颗粒可以用于替换用于新泡沫塑料的配方中的化学品。使用回收的聚氨酯泡沫塑料有益于环境保护，并通常可以节省成本。
为了向配方中加入聚氨酯粉末，该粉末必须与液体反应物混合。另外，浆料必须没有夹带的气泡，因为它们会在泡沫塑料中产生不理想有的不规则泡孔结构，包括孔洞和裂缝。通过向已知量的多元醇中加入已知量的粉末、进行充分混合并使夹带的气泡能够有足够长的时间(通常大约为8-48小时)离开浆料而在分批生产过程中使粉末可以与液体反应物混合。因为浆料具有通常大约为500至20000mPa-s的高粘度，所以这种自然的脱气过程需要长时间。用于除去夹带空气的连续处理在分批生产过程中是优选的，因为连续处理将不需要等待夹带空气自然地离开浆料，并且连续处理不需要用来保存全天泡沫塑料生产所需浆料的大存储体积。
理想有用于生产聚氨酯的精细颗粒在多元醇中的无气泡浆料以及用这些浆料生产泡沫塑料的方法。具体地说，存在着对下述装置和处理方法的需求，即，用来获取精细研磨的聚氨酯泡沫塑料颗粒、将它们作为浆料分散在多元醇中、从浆料中基本上去除所有夹带气泡并且在生产新的聚氨酯制品中使用该浆料直接代替至少一些多元醇。还要求这种过程能够连续地运行，从而使粉末和多元醇混合、脱气并且被用于毫无延迟地生产新的聚氨酯制品。所理想的连续处理必须能够以可精确控制的流速输送具有可精确控制的固体浓度的无气泡浆料。
发明内容
本发明包括一种用于连续生产固体粉末在液体中的基本上无气泡的浆料并且以可精确控制的浓度和流速输送这些浆料的控制系统和方法。本发明还包括一种在提供精确而稳定的浆料浓度和流速的同时控制处理操作的方法。
粉末和流体(例如，精细研磨的聚氨酯粉末和多元醇液体)被连续输送给混合器，在那里它们均匀接触并且生产出浆料。在本说明书中，浆料被定义为液体和固体的混合物，其中至少一些固体没有溶解，并且意味着包括自然分离的混合物以及稳定的悬浮体。可能包含夹带的气泡的浆料从混合器被输送给脱气步骤，在那里连续地除去夹带的气泡。从所述脱气步骤将基本上无气泡的浆料连续地输送给下游使用。
一种回馈式控制系统用于为处理的连续操作提供在浆料浓度和流速上的良好控制。控制过程的说明从该过程的最后开始。例如通过质量流量计、优选地通过在线科里奥利效应质量流量计来测量最终浆料的流速。用该流速测量值控制用来从缓冲罐的底部抽出浆料的泵的速度。例如通过液面传感器、优选地通过连续超声波液面传感器测量在缓冲罐中的浆料量。用该液面测量值控制用来从混合罐的底部抽出浆料并且将该浆料输送给离心机的传送泵的速度。例如通过液面传感器、优选地通过连续电容式液面传感器来测量在混合罐中的浆料量。用该液面测量值来控制粉末加入到混合器中的参考速度。例如通过标度、优选地通过失重式给料器来测量粉末加入到混合器中的实际速度。粉末加入到混合器中的实际速度用于以代数方法确定加入到混合罐的多元醇的所需速度，以便提供所要求的浆料浓度。通过加入到混合器的粉末的实际速度和所理想的浆料浓度以这种方式控制多元醇供应泵的速度。因为粉末和多元醇总是以所要求的比例一起加入到混合罐中，所以该控制方法可以很好地控制浆料浓度。即使加入到混合罐的粉末的速度正在改变，该控制方法也可对浆料输出流速提供很好的控制。
通过参照本发明的以下详细说明和给出了其中利用了本发明的原理的例举实施例的附图将更好地理解本发明的特征和优点。
图1为表示用于连续生产基本上无气泡的浆料的工艺的工艺流程图。
图2为所披露的混合器的示意图。
图3为与混合罐结合的图2所示混合器的示意图。
图4为在真空腔室内用于从浆料中除去夹带气泡的离心机的示意图。
图5为所披露的缓冲罐的示意图。
图6为表示用所披露的处理控制方法连续生产基本上无气泡的浆料的工艺的示意图。
图7为用来控制浆料流速的流速控制系统的一个实施例的示意性方框图。
图8为用来控制缓冲罐中的液面的液面控制系统的一个实施例的示意性方框图。
图9a为控制在混合罐中的固体浓度和液面的粉末和流体速度控制系统的一个实施例的示意性方框图。
图9b为控制在混合罐中的固体浓度和液面的粉末和流体速度控制系统的另一个实施例的示意性方框图。
图9c为控制在混合罐中的固体浓度和液面的粉末和流体速度控制系统的再一个实施例的示意性方框图。
图10为用于连续生产基本上无气泡的浆料的披露工艺的流程图。
具体实施例方式
在图1中显示出本发明公开的处理工艺100的示意图。固体粉末105(例如以散装袋形式或从料仓中提供)通过适当的装置110(例如螺旋输送装置)输送给粉末给料器120的料斗。例如，该粉末给料器可以为与用于测量粉末流速的装置例如冲击式流量计连接的失重式输送带或失重式螺旋输送装置或定容式粉末给料器。粉末给料器120以已知的并且受到控制的速度向在罐250中的混合器200(例如在下面详细说明的所披露的混合器)输送粉末。通过入口251向罐250加入液体组分(例如多元醇)。该液体组分例如借助于其转速已知并且得到控制的无空化正排量泵170以已知且受控的速度从罐(未示出)或其它液体源130抽出而加入。或者，可以利用流量计或借助在罐或其它液体源中的体积或重量变化测量液体加入的速度。如下面详细描述的那样，在罐250中的混合器200用来使粉末彻底混合进液体中，并且粉末被良好地分散和浸湿。通常还含有夹带气泡的混合浆料通过出口254离开罐250。在本发明书中，浆料被定义为液体和固体的混合物，其中至少一些固体不会溶解并且意味着包括自然分离的混合物和稳定的悬浮体。在该过程中到处都设有用来清理和关闭的排放阀260。罐250可以具有用于测量和控制(参见图6)罐中的液面的排气孔259、连续液面传感器258、高液面传感器256和低液面传感器257。相对于混合器/容器的粉末加入速度与液体加入速度的比例保持恒定。[认为“受控制”而不是“保持恒定”？]在混合罐出口254处，夹带气泡可通常以大约为10％(体积)的浓度存在于浆料中。混合浆料借助任何合适的手段(重力、泵、真空抽吸)例如正排量泵270通过出口254从罐250抽出，并且传送给真空离心机300的入口320。真空离心机300如下面结合图4所述那样从浆料中连续地除去夹带气泡。从离心机300中抽真空以在其内保持较低的绝对压力，例如小于1050毫巴，优选地为1-300毫巴。采用适当的装置例如具有调节器351、冷凝物捕器352、压力测量装置354和通向大气的排气装置356的真空泵353抽真空。基本上无气泡的浆料通过出口335离开离心机300。止回阀350允许浆料通向至少一个缓冲罐400的入口401，并且浆料或空气不会回流进离心机。
缓冲罐400或多个这种罐可以足够大以容纳足够的用于全天泡沫塑料生产所需的浆料。在这种情况中，采用该工艺来制备大批基本上无气泡的浆料。图1显示出这样一种工艺，它也适用于连续生产浆料并且使用该浆料无延迟地生产泡沫塑料。
在下面详细说明的缓冲罐400可以具有排气孔459和用于测量和控制(参见图6)罐中的液面的连续液面传感器458、高液面传感器456以及低液面传感器457。
基本上无气泡的浆料经由出口405离开缓冲罐，通过任意合适的手段(重力、泵、真空抽吸)例如无空化正排量泵470抽出。用例如可以为在线科里奥利效应质量流量计的流量计490测量质量流速。借助于三通换向阀494，浆料经由管道495传送给下游工序(例如泡沫塑料制造或存储)，或者经由管道496重新循环到缓冲罐400的入口404。重新循环到缓冲罐的方案允许将该工艺简单地结合到现有的块状聚氨酯泡沫塑料制造厂中。例如，阀494可以紧挨着块料发泡机的混合头设置，混合过程100可以通过再循环管线496运转所制备的浆料，并且可以通过阀494的转动立即向泡沫塑料制造工艺提供基本上无气泡的浆料。同样，可以用阀494在不中断混合过程100的情况下切断浆料的下游使用。这有效地使下游的泡沫塑料制造过程与混合过程100的任意启动或停顿瞬态断开。在综合厂中，阀494可以例如通过下游的过程控制系统来自动地致动。
任选的是，可以采用热交换器480来加热或冷却所制备的浆料。可以分别采用仪表492和460来测量浆料的温度和压力。附加的仪表(未示出)可以测量粘度、固体浓度、夹带空气含量等。
现在参照图2和3，混合器组件200包括一桶体201，轴202在其内通过联轴器204由电动机203转动。螺旋输送机205、块料破碎机206和至少一个叶轮207安装在轴202上，并且与之一起转动。通过加料口208以已知的受控速度将粉末加入到混合器中。柔性罩209以如下所述的方式将所述加料口密封在粉末给料器255的周边上，即，可避免飞尘且同时保持混合器与粉末给料器机械隔离。如果粉末给料器为一种失重式给料器，则给料器与混合罐的机械隔离是重要的，从而重量测量不会出现偏差。粉末通过加料口208落入到螺旋输送机205上。该螺旋输送机使粉末迅速地穿过桶体201运动至出口210。支撑板211设置在桶体201的出口210处，并且通过支架(未示出)支撑着用于轴202的轴承212。
桶体的出口210位于罐250中的工作液面214处或之下。粉末离开出口210并且通过块料破碎机206迅速分散进周围的液体中。块料破碎机包括围绕着中心轮毂固定的径向布置的刚性销。这些销足够长，从而跨过出口210的整个开口。块料破碎机被设置得非常靠近出口，从而大块的粉末不能通过。
叶轮207设置在块料破碎机下面，并且具有适当的尺寸和设计，以在粉末的平均滞留时间内提供罐容积的多次周转(turnover)。优选的是，至少一个叶轮为一种径向流动高剪力设计。轴向流动叶轮(例如，船用叶轮)提供了更高的流量和更多的容器周转。优选的是，一个叶轮设置在块料破碎机附近以便进行良好的混合，第二叶轮设置在罐底附近以避免固体沉降。
浆料(例如多元醇)的液态组分优选地在靠近工作液面214的位置处通过至少一个入口251加入到罐250中。该罐优选地具有多个用来减少涡流的形成的折流板252。在罐底附近安装有一筛板253。该筛板具有多个开孔，它们允许混合浆料穿过，但是使更大的未分散粉末的料块返回以进一步混合。优选的是，在筛板中的开孔其尺寸大约为0.1至1cm。混合浆料通过在底部中的开口254离开混合罐。
图4和5显示出用于从液体中除去夹带气泡的真空离心机300和用于在不重新夹入气泡的情况下聚积基本上无气泡的液体的缓冲罐400的示意图。在真空离心机和缓冲罐方面，“液体”包括在液体中的固体颗粒的可泵送混合物，例如在液体中的粉末的浆料或在多元醇中的精细研磨的聚氨酯粉末的浆料。
现在参照图4，将待脱气的液体输送给离心机的入口320并且使该液体穿过管道321行进到离心机转筒310。离心机转筒310如此安装在轴346上，即，该离心机转筒和轴由合适的装置例如电动机345转动。当使离心机转筒310转动从而使切向速度较高(例如为10-100m/s)时，液体沿着离心机转筒的内侧表面薄薄地摊铺开，迫使气泡在离心力的作用下压在表面上并且将它们破碎。液体汇集在尽可能远离旋转轴线的位置处。收集管333收集该液体并且通过管道334将它引导至出口335。离心机转筒的转动给液体赋予了足够的能量，以将它通过管道334泵出。折流板329固定在管道321上并用来防止液体从离心机转筒飞溅出。
旋转的离心机转筒310设置在一真空腔室325内，该真空腔室具有安装有用来使该真空腔室真空密封的密封垫的前板326和后板327。板327包含有一支撑和密封组件340，轴346通过该组件转动。板326任选地具有密封的观察孔328，其允许观察该旋转的离心机转筒。例如通过接头330向该腔室施加真空。在腔室内的低绝对压力(例如为1至300毫巴)防止液体在被收集(333)并且朝着出口335引导时重新夹入气泡。从出口335可得到基本上无气泡的液体。可以设置一排放口332，以便于清理和关闭。
现在参照图5，将液体输送给入口401。入口401设置在罐顶附近，而出口405位于罐底。入口和出口的这种布置用于该罐的理想的先进先出操作，但是由于液体的喷射或飞溅，所以有夹入气泡的可能。堰402防止液体喷射进罐中，而是使液体转移，从而它沿着罐407的壁向下流。柔性堰延伸部分403甚至使液体以较低的流速沿着罐壁向下流动。液体在延伸部分403和罐407的壁之间行进，并且将延伸部分403吸在壁上。这避免了出现液体通过在入口401和自由表面406之间的空间滴落、“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。
图5描述了在从初始排空的条件下开始的启动期间部分充满的罐407。在初始填充期间，液体具有从入口401行进到自由表面406的最远距离，并且可能夹杂进气泡。通过堰402和延伸部分403迫使液体沿着罐的侧面向下流而大大降低了夹带气泡的可能性。
缓冲罐400可以具有多个带有其相关的堰402和延伸部分403的入口401。例如，入口401可以用来接收来自真空离心机300的出口335的液体，而入口404可以用来接收通过下游过程从出口405再循环的液体。
在图6中显示出所披露的回馈控制系统，它通过控制浆料浓度和流速来进行所披露的混合工艺的连续操作。
例如通过流量计490、优选地通过在线科里奥利效应质量流量计来测量最终的基本上无气泡的浆料的流速。在线科里奥利效应质量流量计对于本领域的普通技术人员而言是公知的，在这里将不作说明以避免难以理解本发明。对于相关领域的普通技术人员还公知的是，可以使用许多其它仪器来测量流速，而在线科里奥利效应质量流量计只是一个说明性示例。该流速测量值509可由流速控制系统530来控制泵470的速度。
图7中示出了流速控制系统530的一个实施例。采用相同的参考标号来表示和参照在前面附图中所示和所述的相同元件。根据需要使用新的参考标号来指明在前面没有指明的元件。流速控制器700接收来自泵470的输出端的测量数据509(例如由流量计490测量)和流速数据设定值702作为输入，并且向用于泵470的变速驱动装置471提供浆料输出信号511(如图7中所示，具有两个参考标号的一个符号)。
因此，该流速控制系统530使浆料的流速保持在流速数据设定值702的范围内。如在本说明书中所使用的，数据设定值限定从外部数据源(例如操作者或单独的处理控制系统)为该过程规定的数据。例如，流速数据设定值702可以是在多元醇中的聚氨酯粉末的浆料向柔性聚氨酯泡沫塑料生产线的理想流速，在该处操作者或药剂师选择理想的流速以提供用于理想的泡沫性能的正确配方，流速设定值可以由泡沫塑料厂的操作者来规定，或者它可以由泡沫塑料厂的处理控制系统的信号提供。泵470与缓冲罐400流体连通。
回到图6，例如由液面传感器458、优选地由连续超声波液面传感器测量在缓冲罐400中的浆料量。该液面测量值519用于借助液面控制系统520控制传送泵270的速度。
图8中示出了流体液面控制系统520的一个实施例。使用相同的参考标号来表示和参照在前面附图中所示并且所述的相同元件。根据需要使用新的参考标号来指明在前面没有指明的元件。如图6和8所示，流体液面控制器800将来自流体液面传感器458的液面测量数据519和流体液面数据设定值802作为输入，并且向用于泵270的变速驱动装置271提供浆料输出信号521(在图8中所示的具有两个参考标号的一个符号)。在缓冲罐400中的材料量受到由泵270经由输入管线401加入的浆料、由泵470除去的浆料以及可能从下游处理通过输入管线496再循环的浆料的影响。液面传感器458被用来通过缓冲罐400的输出端405确定在缓冲罐400中的材料的实际料位值(例如液面传感器)，并且将液面测量数据519发送给流体液面控制器800。由此，液面控制系统520将在缓冲罐400中的浆料量保持在液面数据设定值802的范围内。泵270与混合罐250流体连通。
现在回到图6，例如通过液面传感器258、优选地通过连续电容式液面传感器来测量在混合罐250中的浆料量。该测量数据549通过粉末和流体速度控制系统510(也参见图9a、9b和9c)来控制向混合罐中加入粉末的速度以及控制向该混合罐中加入液体的速度，该控制系统获取测量数据549并且向用于将粉末加入混合器中的装置例如粉末给料器120提供输出信号531(将粉末加入到混合器中的参考速度)，并且向用于将液体加入到混合罐中的装置例如液体泵170提供输出信号561(将液体加入到混合器中的参考速度)。
由此，粉末和流体速度控制系统510可以使混合罐250中的浆料量保持在混合罐液面设定值902的范围内，如图6和9a-9c所示。粉末和流体速度控制系统510还起到计算向混合器中加入粉末的速度和加入液体的速度的作用，从而将这两个速度的比例，即粉末的浓度控制在预定的给定浓度904处。可以给粉末和流体速度控制系统510提供参考和实际流速信号中的任一个或两个。
图9a显示出粉末和流体速度控制系统510的一个实施例。使用相同的参考标号来表示和参照在前面附图中所示并且所述的相同元件。根据需要使用新的参考标号来指明在前面没有指明的元件。在该实施例中，粉末的实际速度和加入液体的参考速度的比例受到控制。如图6和9a中所示，使用传感器258(例如液面传感器)来检测测在混合罐250中的材料量并且将液面信号549发送给粉末和流体速度控制器900。
回来参照图9a，粉末和流体速度控制器900将由信号549表示的在混合罐中的材料量与粉末和流体速度设定值数据902进行比较，并且提供表示向混合罐中加入浆料的参考速度的输出数据信号920或Qr。第一计算元件906采用Qr和预定的给定浓度数据904或P对向混合罐中加入粉末的参考速度进行代数运算并且提供输出信号908或Sr。浓度P的单位可以按照本领域所知的许多方式例如通过质量或容积以分数、百分比或比例来规定，或者通过一些其它浓度测量值，例如材料性能诸如比重、不透明度、吸收能力等来规定。
在聚氨酯泡沫塑料工业中，一种粉末材料在多元醇液体中的浓度的有用度量为“每一百份多元醇中的份数”(pphp)。浓度为15pphp的聚氨酯粉末在多元醇中的浆料为在100份质量的多元醇中具有15份质量的聚氨酯，或者聚氨酯粉末的质量分数大约为0.13。例如，如果以单位pphp规定浓度P，则由计算元件906对Sr进行计算的公式为Sr＝QrP/(P+100)仍然参照图9a，表示向混合罐中加入粉末的参考速度Sr的输出信号908由提供向混合罐250或混合器200加入粉末的手段的装置例如粉末给料器120的粉末控制器930接收。
例如通过标度125(更具体地说是标度测量值的时间导数)测量向混合器中加入粉末的实际速度。在该实施例中，采用失重式给料器作为该标度。测量到的加入粉末的实际速度529或S由控制器930用来控制向混合器中加入粉末的速度，该控制器将测试值529和向混合罐中加入粉末的参考速度908作为输入并且向用于粉末给料器120的变速驱动装置121提供输出信号531。由此，粉末控制器930将向混合器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参考速度908的范围内。可从商业途径获得的失重式给料器通常包括在整体包装中的给料器120、驱动装置121、标度125、速度测量装置529、粉末控制器930和控制信号531。
测量到的向混合器中加入粉末的实际速度也由第二计算元件910来通过代数的方式确定向混合罐中加入液体的参考速度561或Lr，以便使液体和粉末的加入与浆料浓度设定值904或P同步。例如，如果规定浓度P以pphp为单位，则在该实施例中由第二计算元件910进行的Lr的计算公式为Lr＝100S/P，该公式采用了加入粉末的实际速度和设定值浓度。
由Lr表示的信号即向混合罐250中加入液体的参考速度信号561由提供了将液体加入到混合罐250或混合器200中的手段的装置例如泵170的变速驱动装置171接收。因为粉末和液体总是以与设定值浓度数据904对应的理想比例被一起加入到混合罐中，所以该控制方法能够很好地控制浆料浓度。因为在液流495处(见图1)来自过程100的浆料的流速由控制系统530(参见图6)单独地控制，所以即使在向混合罐250中加入粉末的实际速度529正在变化的情况下也能够很好地控制浆料输出的流速。在混合罐250中的材料量受实际液体加入量563、实际粉末加入量529以及从混合罐通向下游处理的实际浆料流速265的影响。由传感器258(例如液面传感器)确定在混合罐250中的材料量并且向粉末和流体速度控制器900传递信号549。
在图9b中显示出粉末和流体速度控制系统510的一个可选实施例。在该实施例中，除了给计算元件910提供输出信号920(表示向混合罐中加入浆料的参考速度，或Qr)而不是信号529(表示向混合罐中加入粉末的实际速度，或S)，粉末和流体速度控制系统510与图9a中所示和所述的基本上相同。这样，使用粉末和流体速度控制器900来用第一和第二计算元件906和910设定将粉末(908)和液体(561)加入到混合罐中的参考速度。在该实施例中，第二计算元件910进行不同的运算。也就是，它从P和Qr中计算出Lr。例如，如果规定浓度P以pphp为单位，则在该实施例中由计算元件910计算Lr的公式为Lr＝100Qr/(P+100)，该公式使用加入浆料的参考速度和设定值浓度。
在图9c中详细地显示出粉末和流体速度控制系统510的再一个实施例。除了用单个计算元件940代替第一和第二计算元件906和910外，该实施例与图9b中所示和上面所描述的基本上相同，该计算元件940由向混合器920加入浆料的参考速度(Qr)和设定值浓度904(P)计算出将液体(561，或Lr)和粉末(908，或Sr)加入到混合器中的参考速度。例如，如果规定浓度P以pphp为单位，由单个计算元件940进行计算的公式为Lr＝100Qr/(P+100)，以及Sr＝QrP/(P+100)，这些公式使用了加入浆料的参考速度和设定值浓度。
粉末和流体速度控制器900、粉末控制器930、液面控制器800和流速控制器700可以为本领域的普通技术人员公知的任意类型，包括但不限于比例、开-关、比例-积分-微分(PID)控制器。在该系统中所使用的控制器还可以为例如模拟、数字、基于软件、可编程逻辑控制器(PLC)、气动、电子、光学、液压等控制器。类似地，测量数据(509、519、529和549)、控制信号(511、521、531、541、551、908、920和561)和设定值数据(702、802、902和904)可以由本领域的技术人员公知的任意装置获得，包括但不限于模拟、数字、气动、电子、光学和液压装置。
以足以覆盖混合器200的出口210的已知量液体最初部分地填充混合罐250来启动该处理。然后，将已知量的粉末加入到液体中以便生产具有设定值浓度的初始批料。一旦已经生产出该初始批料，则可以通过以下步骤连续地运行该处理，这些步骤为将粉末和液体加入到混合器或混合罐中，将浆料材料从混合罐抽出并穿过脱气器到达缓冲罐，将浆料从缓冲罐抽向下游处理过程(例如，中间存储或聚氨酯制造)，并且将在混合罐中的材料量控制在设定值902的范围内，将在缓冲罐中的材料量控制在设定值802的范围内，将浆料浓度控制在设定值904的范围内，并且将浆料的流速控制在设定值702的范围内。
示例1以足以覆盖混合器200的出口210的已知量液体初始部分地填充混合罐250来启动该处理。然后，将已知量的粉末加入到液体中以便制备具有设定值浓度的初始批料。一旦已经制备出该初始批料，则可以如上所述地连续运行该处理。
首先将质量为83.5kg的由Dow Chemica1 Co.生产的VORANOL3010A聚醚型多元醇填充进30加仑的混合罐中。向该罐加入16.7kg其最大粒径为250微米的精细研磨的聚氨酯泡沫塑料粉末。使用如图2所示的混合器将该初始批料彻底混合。所获得的浆料具有浓度大约为10％(体积)的夹带空气。
采用如图1所示的处理和图6中的控制方法，使浆料从混合罐中泵出并通过真空离心机和缓冲罐，进入存储容器中。设定值浓度为20pphp(即，每100份液体中有20份粉末，或质量百分比为16.7％)，并且浆料的流速设定值为20kg/min。该浆料的样品在浆料离开该过程进入存储容器时获取。通过从浆料中将粉末过滤掉而使粉末从已知重量的浆料分离出、用二氯甲烷溶剂洗掉多元醇、干燥并且称出该粉末的重量来测出这些样品的浆料浓度。还通过用1000mL刻度的量筒装满浆料并且在恒定温度下经过24小时之后观察体积变化来测试这些样品的夹带气泡的体积。任何的体积变化表示在浆料产品中存在夹带的气泡。例如，1mL的体积变化将对应于0.1％(体积)的夹带气泡浓度。
如表1所示，结果显示出在浆料产品中无任何夹带气泡，并且粉末浓度精确地接近20pphp的设定值浓度。
表1
在图10中示出了采用本方法连续混合浆料并且去除夹带气泡的流程图1000。粉末供料1002(例如精细研磨的聚氨酯粉末)和液体供料1004(例如多元醇)分别传输粉末和液体，并且将两者连续地输送到混合步骤1006(例如使用所披露的混合器200)，在混合步骤中使粉末和液体密切地接触并且生产出浆料。将可能包含有夹带气泡的浆料从混合步骤输送给脱气步骤1008，在脱气步骤中连续地去除夹带气泡。例如，脱气步骤可以使用真空离心机，并且还可以使用所披露的下述缓冲罐。将基本上无气泡的浆料从上述脱气步骤输送给下游使用1010。例如，下游使用1010可以为聚氨酯泡沫塑料的生产。任选的是，一些或全部的浆料可以通过1012再循环回到脱气步骤或者通过1014回到混合步骤。
应该理解的是，在这里所披露的所述处理和设备的实施例的各种替代方案可以被应用在实施所披露的处理过程中和使用所披露的设备。旨在用下面的权利要求来限定所披露的处理和设备的范围，并且由此覆盖在这些权利要求及其等同方案的范围内的处理和结构。
权利要求
1.一种用于连续混合浆料并且去除夹带的气泡的控制系统，该系统包括粉末和流体速度控制器，其中所述粉末和流体速度控制器通过一粉末给料器和一液体泵与混合器连接；液面控制器，其与所述混合器和缓冲罐连接；以及与所述缓冲罐连接的流速控制器。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一设定值连接的第一输入端；与液面传感器连接的第二输入端；以及与第一双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二设定值，它与所述第一双输入计算元件的第二输入端连接，所述第一双输入计算元件具有与所述粉末给料器连接的输出端；以及第二计算元件，它具有与所述第二设定值连接的第一输入端；以及与所述粉末给料器连接的第二输入端，以接收加入粉末的实际速度信号，所述第二计算元件具有通过所述液体泵与所述液面传感器连接的输出端。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述第二计算元件的所述输出端通过液体加入部件给所述液体泵提供液体速度信号。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一设定值连接的第一输入端；与液面传感器连接的第二输入端；以及与第一双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二设定值，它与所述第一双输入计算元件的第二输入端连接，所述第一双输入计算元件具有与所述粉末给料器连接的输出端；以及第二计算元件，它具有与所述第二设定值连接的第一输入端；以及通过所述双输入粉末和流体速度控制器与所述第一设定值连接的第二输入端，所述第二计算元件具有通过所述液体泵与所述液面传感器连接的输出端。
5.如权利要求4所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述第二计算元件的所述输出端通过液体加入部件给所述液体泵提供液体速度信号。
6.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一粉末和流体设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一设定值连接的第一输入端；与粉末和流体液面传感器连接的第二输入端；以及与双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二粉末和流体设定值，它与所述双输入计算元件的第二输入端连接，所述双输入计算元件具有多个输出端，其中所述多个输出端的第一个与所述粉末给料器的输入端连接；以及所述多个输出端的第二个通过所述液体泵与所述粉末和流体液面传感器连接。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述计算单元的所述第二输出端通过液体加入部件向所述液体泵的驱动器提供流体速度信号。
8.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述粉末和流体速度控制器从所述粉末和流体液面传感器通过所述第二输入端接收表示在所述混合器中的液体和粉末材料量的信号。
9.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述流体液面控制器还包括流体液面设定值；流体液面泵，它具有带流体液面传感器的泵驱动器；以及双输入流体液面控制器，它具有与所述流体液面设定值连接的第一输入端和与液面传感器连接的第二输入端以及通过具有带流体液面传感器的泵驱动器的所述泵与所述液面传感器连接的输出端。
10.如权利要求9所述的流体液面控制器，还包括连接在具有带传感器的泵驱动器的所述泵和所述液面传感器之间的缓冲罐。
11.如权利要求1所述的控制系统，其特征为，所述流速控制器还包括流速设定值；流速泵，它具有带流速传感器的泵驱动器；以及双输入流速控制器，它具有与所述流速设定值连接的第一输入端和与流速传感器连接的第二输入端以及通过具有带流速传感器的泵驱动器的所述流速泵与所述流速传感器连接的输出端。
12.一种控制连续混合的去除了夹带气泡的浆料的方法，包括提供一种粉末和流体速度控制器，其中所述粉末和流体速度控制器通过粉末给料器和液体泵与混合器连接；使流体液面控制器与所述混合器和缓冲罐连接；以及使流速控制器与所述缓冲罐连接。
13.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一设定值连接的第一输入端；与液面传感器连接的第二输入端；以及与第一双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二设定值，它与所述第一双输入计算元件的第二输入端连接，所述第一双输入计算元件具有与所述粉末给料器连接的输出端；以及第二计算元件，它具有与所述第二设定值连接的第一输入端；以及与所述粉末给料器连接的第二输入端，以接收加入粉末的实际速度信号，所述第二计算元件具有通过所述液体泵与所述液面传感器连接的输出端。
14.如权利要求13所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述第二计算元件的所述输出端通过液体加入部件给所述液体泵提供液体速度信号。
15.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一粉末和流体设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一粉末和流体设定值连接的第一输入端；与粉末和流体液面传感器连接的第二输入端；以及与第一双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二粉末和流体设定值，它与所述第一双输入计算元件的第二输入端连接，所述第一双输入计算元件具有与所述粉末给料器连接的输出端；以及第二计算元件，它具有与所述第二设定值连接的第一输入端；以及与所述双输入粉末和流体速度控制器的所述第一设定值连接的第二输入端，所述第二计算元件具有通过所述液体泵与所述液面传感器连接的输出端。
16.如权利要求15所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述第二计算元件的所述输出端通过液体加入部件给所述液体泵提供液体速度信号。
17.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器还包括第一粉末和流体设定值；双输入粉末和流体速度控制器，它具有与所述第一设定值连接的第一输入端；与粉末和流体液面传感器连接的第二输入端；以及与双输入计算元件的第一输入端连接的输出端；第二粉末和流体设定值，它与所述双输入计算元件的第二输入端连接，所述双输入计算元件具有多个输出端，其中所述多个输出端的第一个与所述粉末给料器的输入端连接；以及所述多个输出端的第二个通过所述液体泵与所述粉末和流体液面传感器连接。
18.如权利要求17所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器的所述计算单元的所述第二输出端通过液体加入部件向所述液体泵的驱动器提供流体速度信号。
19.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述粉末和流体速度控制器通过所述第二输入端从所述粉末和流体液面传感器中接收表示在所述混合器中的液体和粉末材料量的信号。
20.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述流体液面控制器还包括流体液面设定值；流体液面泵，它具有带流体液面传感器的泵驱动器；以及双输入流体液面控制器，它具有与所述流体液面设定值连接的第一输入端和与液面传感器连接的第二输入端以及通过具有带流体液面传感器的泵驱动器的所述泵与所述液面传感器连接的输出端。
21.如权利要求20所述的流体液面控制器，还包括连接在具有带传感器的泵驱动器的所述泵和所述液面传感器之间的缓冲罐。
22.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述流速控制器还包括流速设定值；流速泵，它具有带流速传感器的泵驱动器；以及双输入流速控制器，它具有与所述流速设定值连接的第一输入端和与流速传感器连接的第二输入端以及通过具有带流速传感器的泵驱动器的所述流速泵与所述流速传感器连接的输出端。
全文摘要
本发明涉及一种用于连续混合浆料并同时除去夹带气泡的控制系统和方法。该控制系统包括一种通过粉末给料器(120)和液体泵(170)与混合器(200)连接的粉末和流体速度控制器。流体液面控制器(258)与混合器和缓冲罐(400)连接，并且流体速度控制器与缓冲罐连接。
文档编号B01F3/12GK1658962SQ03813587
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月11日 优先权日2002年4月11日
发明者罗伯特·唐纳德·维尔沃克, 约瑟夫·理查德·科克化, 布赖恩·路易斯·马特尔 申请人:摩必斯技术公司