专利名称：压滤机进行固体-液体分离时被榨料装料量的确定和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种在用一个包括一个压榨腔的压滤机进行固体-液体分离时被榨料装料量的确定和使用方法，在压榨腔内，通过多个相继的行程过程，被榨料在受到加压的压榨元件的作用下被榨出液体，并在每个行程过程中，在分离过程的装料阶段把一定的装料量加入压榨腔内。
在这类非连续式的压滤机中，被榨料中的液体成分在压力作用下经过过滤器被导出机外。在压榨过程中，压力直接通过一个刚性的压板用气动或液压经一个柔性薄膜作用在被榨料上。在开始加料时的问题在于必须把多大量的被榨料预先装到压榨腔内，才能使首次压榨具有足够的被榨料。其中必须注意，在压板或薄膜前进时的有效过滤面积和压榨腔的瞬时体积之间的比值必须大于压榨元件后退时的比值。
对下一个装料过程提出的问题在于，压榨元件每个行程的后续装料量应为多大，才能达到有利的榨汁效果。就待处理的被榨料而言，有机和无机被榨料所产生的问题各不相同。有机被榨料在压榨机中的可压榨性在各批加料中存在很大变化。为达到接近最佳的压榨过程，靠手工使过程参数随时得到相应的配合，操作人员必须具有很多的经验并在加料过程中连续监视压榨机。
使过程参数实现自动匹配的努力至今尚未成功。在压榨过程中对过程进行有实用价值的模型检测也一直没有成功。
首先在向压榨机加料方面对操作人员提出了很高的要求。在用卧式压滤机压榨水果时，譬如要求如下给定值总装料量总装料量与被榨料的可压榨性有很大关系。可压榨性差的被榨料只允许较小的总装料量，而可压榨性好的被榨料则允许较大的总装料量。
预装料量预装料量的条件与总装料量的条件相同。预装料量过小或过大都对出汁率与效率产生很大的不良影响。
每个活塞行程的装料量在公开的压榨方法中，在预装料结束后，活塞式压滤机的每个活塞行程都要续加一定量的被榨料，按此方式续加被榨料，直至总和达到给定的总加料量为止。作为过程参数的这个加料量的适当选择也与被榨料的可压榨性有很大关系。
总之，单凭压榨机操作人员的能力和经验得出的压榨结果差别很大，因为，手工给定过程参数由于需要估计，很难使压榨过程达到最佳的出汁率和加料效率。
因此，本发明的任务在于，在压滤机中，通过一个被榨料装料量的最佳确定和使用方法来消除上述问题。
本发明采用如下步骤来解决以上问题1)在测量加料效率和出汁率的情况下进行一个装料和压榨过程，该装料和压榨过程在出汁率与加料效率的关系图中得出具有已知加料效率和出汁率的第一个工作点；2)为至少一个随后的、在出汁率和加料效率关系图中得出第二个工作点的第二个装料和压榨过程确定至少一个用于第二个工作点的过程参数，然后应用装料和压榨过程中固体-液体分离的加料效率和出汁率的变化关系，在中间加入一个虚拟的工作点的情况下确定和使用所需要的装料量，以便在分离过程中达到最佳的出汁率和加料效率，其中，由第一个工作点向虚拟的工作点的转移是通过一个纯装料过程实现的，而由虚拟的工作点向第二个工作点的转移是通过一个纯压榨过程实现的，并且假定，那些通过一个纯压榨过程来区别的工作点的连接线在出汁率与加料效率的关系图中在出汁率最大和加料效率为零的一个共同工作点上相交或者相互平行。
可从权利要求书中看出该方法的优选的实施形式。
在以下的描述和附图中详细说明本发明的实施例。附图为
图1表示具有压榨活塞的压滤机的断面示意图及在不同的调整过程中活塞行程和加料的时间变化过程图；图2表示具有压榨活塞的压滤机的断面示意图及在其它的调整过程中活塞行程和加料的时间变化过程图；图3表示在装入被榨料时在出汁率与加料效率的关系图中得出的不同工作点；图4表示总装料量不同时在出汁率与加料效率的关系图中得出的不同的压榨特性；图5表示出汁率与加料效率关系图中的不同调整过程及其对压榨过程的影响；图6表示出汁率与加料效率的关系图中的一个以恒定的加料效率作为给定过程参数的调整过程；图7表示出汁率与加料效率的关系图中的一个以恒定的出汁率作为给定过程参数的调整过程；图8表示在一个装料过程中没有同时在压榨活塞上作用压力时在出汁率与加料效率的关系图中得出的不同工作点；图9表示在一台活塞式压滤机上按本发明装料和压榨过程在出汁率与加料效率图中得出的不同工作点；图10表示在给定目标条件下，在一个活塞式压滤机上按本发明的装料和压榨过程在出汁率与加料效率的关系图中得出的不同工作点。
图1表示一个公开类型的卧式活塞式压滤机的示意图，该压滤机包括一个外壳11。在外壳11内有一个压榨活塞6，该活塞固定在一个活塞杆14上。活塞杆14可运动地装在一个液压缸中并通过活塞6实施压榨过程。借助一个泵8，经过一个可封闭的装料口把被榨料7装入压滤机外壳11内，并有许多排液元件(图中未示出)穿过被榨料7。
在压榨过程中，排液元件在活塞6的压力作用下把被榨料7中的汁疏导到一个通往机外的排液管道10内。被榨料可以是水果，液体也就是果汁。
在一般情况下，压榨的公知的工艺过程如下装料过程-活塞6被抽回并同时通过装料口装入被榨料7。
压榨过程-图1所示的整个压榨单元绕中心轴旋转，-压榨活塞6在压力作用下向前移动，-通过压榨，果汁从被榨料中分离出来，
-压力停止。
翻松过程-压榨活塞6在图1所示的整个压榨单元的旋转中被抽回，翻松剩余的被榨料。
继续的压榨过程-作为对一批加料的压榨，必须多次重复压榨和翻松这两个工艺步骤，直至达到所希望的最终榨净状态为止。
排空过程-打开压滤机外壳11，排出榨渣物。
现借助图1详细描述活塞式压滤机中的工艺过程。在图1中，除了上面已经叙述过的活塞式压滤机的示意图外，还示出了介于位置HM和HS之间的活塞行程和装料过程F与时间t的关系。如压滤机外壳11旁的时间曲线图所示，在开始时借助泵8经过装料口把被榨料7连续装入压榨腔内。同时，活塞6由位置HM向前运动并在到达位置HS时立即重新返回原来位置HM。该过程被多次重复。用F标示的线条表示同时进行的连续“预装料”过程。
当压榨活塞6在其前进中不再达到位置HS时，就意味着“预装料”过程结束。然后，在下一个步骤中只进行非连续式的加料，这些非连续式加料分别以压榨活塞6的后退开始。首先通过装料量的调整使压榨活塞6在每个行程过程中总是达到一个位于HS之前的相同终点位置。
在下一个步骤中，活塞在每次装料后所达到的位置离位置HS越来越远。装料量调整是为了在每个行程和压榨过程中使压榨过程的出汁率或效率恒定不变。如果活塞6在前进中达到位置HE，则活塞6在下一个步骤中再次前进到恒定的终点位置，直至把所需的总装料量装完为止，并且以后的压榨行程只在没有装料过程F的情况下进行。
图2与图1类似，在用相同符号表示相同内容的情况下示出了相互分离的装料和压榨过程。在用线条F表示的“预装料”开始前，活塞6前进到终点位置HS。在跟着进行的预装料中，活塞6没有被锁定，活塞6在不进行压榨行程的情况下被唧入压力推回到位置HM。在预装料结束后，在没有装料过程的情况下通过多次行程进行“预压榨”。然后，当活塞超越行程位置HN时，在没有压榨行程的情况下再进行一次装料，在此之后，在没有装料过程F的情况下进行其它的压榨行程。
以上作为举例描述的不同调节的压榨过程可用图3所示的、适于做基本研究的出汁率与加料效率的关系来表示。其计算公式加料效率L＝(被榨料的加入量)/(消耗的工作时间)出汁率A＝(产生的果汁量)/(被榨料的消耗量)在图3中用1表示的工作点相当于压滤机的一个瞬时工作状态，该工作状态是图1和图2所描绘的单个压榨序列中在一个行程过程结束后立即出现的。在工作点1时，活塞6尚处于压榨位置，但工作压力已经消失。前个行程过程是从工作点1′开始的，就是说，工作点1和1′的区别仅在于该行程过程。如果在工作点1时加入一定量的被榨料，则工作点1转移到工作点3′，这时，加料效率L有所提高，而出汁率A则有所降低。就是说，工作点1和工作点3的区别仅在于该装料过程。
因为如图1所示，行程过程和装料过程实际上是联合进行的，所以，1′，1和1、3′的转移以及工作点3′本身都是虚拟的。3′之后的行程过程3′、4′同样是虚拟的，其中，由于产生了果汁，出汁率A有所提高，而由于消耗了工作时间，加料效率则有所降低。现假设工作点1′、1或3′、4′连接线的延长线在加料效率为零的纵坐标A上的交点A01和A04重合。按照本发明，这样可为工作点4′给定一个过程参数并可确定然后所需的装料量，使出汁率和加料效率达到最大值。
虽然这样确定的装料量可达到最佳结果，但实际上与工作点4′略有差别的工作点4得出的出汁率稍少一些。然后，根据前一个行程过程中的一对工作点1、1′，将实际上达到的工作点4与先前确定的虚拟工作点3′相结合来确定下一个压榨行程过程。
作为对图3的归纳性补充，图4示出多个纯压榨过程中压榨特性的直线变化。其中，由于总装料量较少的被榨料，其压榨特性按状态a)变化，而总装料量较大的被榨料则按状态b)变化。在理想条件下，a)和b)的延长线与效率相当于零的出汁率坐标有一个共同的交点A0。实际上，该交点A0在一次装料的加工过程中可能改变自己的位置。
图5表示可用压榨过程的不同调节达到的加料效率和出汁率之间的综合对比。从加料效率L不变和出汁率A不断增加的预装料过程R1开始，压榨过程R2表示在再加料效率接近足够的情况下旨在达到恒定加料效率的调节过程。接着是没有再加料的压榨过程R3。曲线b表示再加料效率不够的压榨过程。曲线a依序表示压榨元件每个压榨行程处于恒定终点位置时、在出汁率恒定时和在装料结束后的三个部分。
图6在出汁率与加料效率的关系图中示出了一个单个压榨过程的变化曲线，其中，在开始时的工作点1和结束时的工作点4之间，加料效率保持恒定。从中可以看出加料效率和出汁率的改善情况。
图7在出汁率与加料效率的关系图中示出了一个单个压榨过程的变化曲线，其中，在开始时的工作点1和结束时的工作点4之间确定的加料量使出汁率保持恒定。在被榨料具有另一种可压榨性时，也可在工作点1右侧达到一个加料效率较大的工作点4。
图8表示一个压榨过程的出汁率与加料效率的变化，其中，在接着预装料R1进行的、包括多个活塞行程的预压榨过程中不再进行再加料。对该过程在图2时曾有所描述。在预压榨之后接着进行使工作点4转移至工作点3′的没有压榨的再加料过程。在由工作点3′向工作点4′的转移中，再次相继进行多个没有再加料的压榨过程。没有压榨的再加料过程所消耗的工作时间是通过向虚拟的工作点1′的转移来表示的。
图9表示通过理论研究可在出汁率与加料效率的关系图中看出加入的再加料量的影响。如在图3时所述的那样，工作点1相当于在前一个单个的压榨行程结束后立即出现的瞬时工作状态。活塞6(见图1)尚处在压榨位置HS，但压力已经消失。压榨的剩余物通过再加料量变稀，而且出汁率降低。在没有时间消耗通过纯装料虚拟达到的点2上，出汁率降低，而加料效率则保持相同。
如果G1表示至点1所加入的被榨料量，G2表示至点2所加入的被榨料量、A1和A2分别表示点1和点2的出汁率，则A2＝A1(G1/G2)(1)在虚拟达到的点3上，加料效率增加，而出汁率则保持相同。如果L1和L3分别表示点1和点3的加料效率，则L3＝L1(G2/G1)(2)因为从至此时所加入的被榨料量和至此时所消耗的时间中计算出加料效率，所以，加料效率在加入被榨料时增大。如在图3时所述的那样，虚拟达到的点3是理论确定下一个点4的压榨步骤的起点。这个压榨步骤所需的工作时间Δt是通过压滤机给定的。此外，由于本发明假设在加料效率等于零时点1和点4的压榨行程过程的特性曲线的延长线在出汁率坐标上达到相同的点A0，所以通过点3和A0的连接可确定点4的过程参数L4和A4。
如果G4＝G3又表示到点4加的被榨料量、Δt表示至点4所耗用的压榨时间，则L4＝L3(G3/(G3＋L3*Δt)) (3)并且A4＝A0－((L4/L3)*(A0－A3)) (4)L4＝L3((A0－A4)/(A0－A3))(5)因此，本发明可从所作的假设和关系式(1)至(5)中确定出每个行程过程所用的装料量作为至点4或点1所加入的量G4＝G3或G1的差ΔG，即ΔG＝G4－G1
在处理被榨料总量为1万公斤、每个压榨行程过程的几乎恒定的给定加压时间为2分钟和压榨元件在所有的压榨行程过程中恒定的行程为500毫米作为给定的过程参数的情况下，下表列出了活塞式压滤机大规模装料和压榨行程过程序列中的一部分即8个相连的装料和压榨行程过程的起始值A1、L1、最终值A4、L4、按照本发明算出和使用的再加料量ΔG和达到的实际行程。
表
与图3和图9相似，图10所示的出汁率与加料效率的关系图中的工作点是在对第二个通过一个单个的装料和行程过程由工作点1为起点达到的工作点4规定下列条件的情况下产生的，即该工作点4相应的出汁率A4和加料效率L4的值是第一个工作点1和出汁率坐标上的一个工作点AF之间的连接线上限定的一个点4的坐标值，工作点AF相当于相应被榨料的一个固定的最大出汁率的理论值。
如果被榨料具有适中的可压榨性，则规定这种条件是特别相宜的。如果为这种被榨料按上述表例的形式规定一个恒定行程，则会得出较差的压榨结果。
权利要求
1.在用一个包括一个压榨腔(11)的压滤机进行的固体-液体分离中确定和应用被榨料(7)的装料量的方法，在压榨腔(11)内，通过压榨元件(6)在压力作用下产生的多个相继的行程过程从被榨料(7)榨出液体，在每个行程过程中，在分离过程的装料阶段把一定的装料量加入压榨腔(11)内，其特征在于如下步骤1)在测量加料效率(L)和出汁率(A)的情况下进行一个装料和压榨过程，这一装料和压榨过程在出汁率和加料效率的关系图中得出第一个具有已知加料效率(L1)和出汁率(A1)的工作点(1)；2)在至少一个随后的、在出汁率与加料效率关系图中得出第二个工作点(4，4′)的第二个装料和压榨过程中，确定至少一个用于第二个工作点(4，4′)的过程参数，然后用装料和压榨过程中固体—液体分离的加料效率(L)和出汁率(A)的变化关系在中间加入一个虚拟的工作点(3，3′)的情况下确定和使用所需的装料量(G4)，以便在分离过程中得到出汁率(A4)和加料效率(L4)的最大乘积，其中，由第一个工作点(1)向虚拟的工作点(3，3′)的转移是通过一个纯装料过程实现的，而由虚拟的工作点(3，3′)向第二个工作点(4，4′)的转移则是通过一个纯压榨过程实现的，并且假定那些通过一个纯压榨过程来区别的工作点(1′，1；3′，4′)的连接线在出汁率和加料效率的关系图中在出汁率(A)最大而加料效率(L)为零的一个共同工作点(A0，A01，A04)上相交或相互平行。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，作为第二个工作点(4，4′)的过程参数，是给定压滤机的压榨元件(6)的终点位置。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，作为第二个工作点(4，4′)的过程参数，是给出固定-液体分离的出汁率值。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，作为第二个工作点(4，4′)的过程参数，是给定固定-液体分离的加料效率值。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，对给定的第二个工作点(4，4′)的加料效率值确定所期待的出汁率值，并在第二个工作点(4，4′)算出的出汁率值小于为第一个工作点(1)的已知出汁率值的情况下不加入装料量。
6.按照权利要求2和4所述的方法，其特征在于，对那些为达到给定的过程参数相对于前个装料和压榨过程，压榨元件(6)的恒定终点位置和固体-液体分离的恒定的加料效率所需的装料量进行比较，并且把为达到给定的恒定加料效率值所需的装料量应用于由第一个工作点转移至第二个工作点的装料和压榨过程，其条件在于，该装料量小于为达到给定终点位置所需的装料量。
7.按照权利要求2和3所述的方法，其特征在于，用压滤机进行至少两个装料和压榨过程，以便在出汁率与加料效率的关系图中得出一个使压榨机的压榨元件(6)具有相同恒定终点位置的工作点，并且为压滤机的压榨元件(6)具有相同恒定终点位置的下一个工作点给定那个分离出最大液汁量的装料和压榨过程的出汁率作为待达到的恒定过程参数。
8.按照权利要求2、3、4、5、6和7所述的方法，其特征在于，用压滤机进行多个装料和压榨过程，这些装料和压榨过程在出汁率与加料效率的关系图中得出多个随后的工作点，对多个随后的工作点给定至少一个在权利要求2、3、4、5、6和7之一中所述的要达到的过程参数，并在固体-液体分离时从加料效率、出汁率和压榨元件(6)的位置的变化关系中对随后的工作点要达到的装料和压榨过程确定出达到给定过程参数所需的装料量并把这些装料量用于相关工作点的装料和压榨过程。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，对第二个工作点(4，4′)的给定条件在于，在出汁率与加料效率的关系图中，这个第二个工作点的出汁率(A4)和加料效率(L4)的相应值由一个位于第一个工作点(1)和出汁率坐标上的一个工作点(AF)之间的连接线上的一个工作点来确定，对相关的被榨料而言，工作点(AF)相当于一个固定的最大出汁率值。
全文摘要
在用一个具有一个压榨元件(6)的压榨机进行的固体-液体分离中，确定被榨料(7)的装料量是借助对出汁率与加料效率的关系图的研究来进行的。在这种关系图中，通过不同的工作点位置连接的特性曲线和一个虚拟的工作点可确定每个压榨过程的出汁率和加料效率的变化并从而确定待用的再加料量，即通过预选自由的过程参数使固体-液体分离过程达到最佳的出汁率和加料效率。该方法可使装料时间与被榨料的可压榨性自动配合。因此能自动地和在不给定额定值的情况下加进可压榨性很不同的被榨料(7)，使压滤机的出汁率和榨汁效率达到最佳状态。
文档编号B01D29/60GK1125922SQ95190250
公开日1996年7月3日 申请日期1995年3月21日 优先权日1994年3月30日
发明者E·哈特曼 申请人:布克-盖耶股份公司机器制造厂