多阶段精确掺合系统和方法
【专利说明】多阶段精确掺合系统和方法
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2013年4月22日提交的第61/814，647号美国临时申请的优先权，该申请的内容并入本文中作为参考。
技术领域
[0003]本申请大体上涉及液体掺合系统和方法，更具体而言，涉及将两种或更多种液体精确地掺合在一起使得产生具有期望的成分浓度和/或诸如PH、传导性、有机构成、粘度或光学性能等这样的其他特性的溶液。
【背景技术】
[0004]在授予Bellaf1re等人的与本申请共同转让的第8，271，139号美国专利中示出了现有技术的多阶段精确掺合系统和方法。尽管在实现将两种或更多种液体掺合在一起以便可以产生具有期望的成分浓度和/或其他特性的溶液的目的和功能方面，第’ 139号专利的系统执行良好并且是大致准确的，但是第’ 139号专利的混合循环(包括循环中的传感器)的滞留体积带来几个缺点。这些缺点包括以下项:
[0005]1)妨碍了对掺合溶液的快速改变(通过对混合循环容量的指数稀释)，因此延长了使掺合产品达到规范的时间，并从而通过将产品延伸到废弃而对系统造成负面影响，
[0006]2)使系统实现在较宽的流范围中进行的调整是很困难的/复杂的(妨碍了用户友好性)，
[0007]3)使传感器要经受高流态，而较平静的状况有益于使用仪器(根据仪器制造商)且允许较小的流动池从而能减小系统体积，
[0008]4)难以喷射泡沫，泡沫(经常)会夹带在混合循环中并且同样经受指数稀释，
[0009]5)由于除去空气的高点与排干液体的排干角之间的冲突，难以在启动时填充混合循环，
[0010]6)将pH调和液体(pH tempering liquid)联系到混合循环的高流态(尽管证明这能很好地用来引入pH调和液体)需要在滑道出口处具有额外的反压力以保持pH调和栗的流通量(由于文丘里效应)，这继而使得很难启动在流滑道上包括缓冲栗的栗，
[0011]7)在存在对液体进行脱气的地方(在掺合有机物时)需要除泡器。在第139号专利的系统中，除泡器将不得不与传感器一起处于混合循环中，该传感器对于除去气泡无能为力(由于低停留时间)-传感器应处于在传感器之前的低流态，以及
[0012]8)因为缺乏适合的离心栗部件，混合循环不能按比例缩小成更小的系统。
【附图说明】
[0013]图1是本申请的多阶段精确掺合系统的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0014]图1中提供了本申请的系统的实施例的示意图。如图1中所示，该系统包括剪切掺合器(shear blender) 22。图1中的系统的剩余部件类似于授予Bellaf1re等人的第8，271，139号美国专利中的部件，该专利的内容并入本文中作为参考。
[0015]参考图1，多阶段掺合系统整体用10指示。尽管最初是就产生缓冲物方面讨论此系统的，但将理解此系统可用于精确地掺合其他类型的液体成分。此外，尽管图1中示出了三个进料栗和相应部件，但该系统可以可替换地具有仅仅两个进料器(所以具有两个栗、阀或类似装置)或三个以上的进料器。
[0016]参考图1，水作为进给液体或第一成分被提供给第一进料栗12的入口。盐浓缩溶液作为第一调节液体或第二成分被提供给第二进料栗14的入口。此外，酸/碱修饰液作为第二调节液体或第三成分被提供给第三进料栗16的入口。栗12、14和16优选地是可变频率的驱动栗，使得它们的栗送速度可以经由可编程逻辑控制器18来精确地控制，该可编程逻辑控制器18与系统的栗、阀和传感器通信。适宜的栗可以从例如加利福尼亚州的ITTJabsco公司购得。
[0017]如图1中所示，栗12、14和16的排出流会合在接合点20处，并行进到形式为剪切掺合器22的混合装置。
[0018]提供可调整流速的自动阀可以替代栗12、14和16中的一部分或全部。实际上，在系统中使用栗还是阀来执行计量/配量取决于应用和用户的设备设置。
[0019]在起始时，控制器18将栗12、14和16激活，使得包含盐浓缩物和水的溶液以及酸/碱改性溶液被栗送到剪切掺合器22并且在其中混合。清洗阀28和输送阀32关闭，而废料排出阀33打开。结果，溶液最初通过废料排出端口 35离开系统，使得溶液可以被倾倒或引导到用于再循环的容器。
[0020]在剪切掺合器22的下游有导电率传感器26a和26b以及pH传感器36。
[0021]离开剪切掺合器的溶液的导电率由导电率传感器26a和/或26b检测，系统的总流量由流量变送器39检测。如图1中所示，导电率传感器26 (a)和26 (b)以及流量变送器39与对栗12和14进行控制的系统控制器18通信。栗12由控制器18基于流量变送器39调节成期望的系统流速，同时栗14被调节成使得将盐浓缩溶液以按照控制器18控制的可变量连续传送到剪切掺合器22。
[0022]如图1中所示，pH传感器36还与离开剪切掺合器22的溶液通信，以检测该溶液的pH。pH传感器36还与控制器18通信，该控制器18如之前提到的那样对栗16进行控制。栗16被调节成使得将酸/碱改性溶液以按照控制器18控制的那样的可变量连续传送到剪切掺合器22。
[0023]仅仅在达到目标pH和导电率水平时，才经由控制器18将传送阀32打开并将废料排出阀33关闭，以通过出口或产品端口 38传送处理的输出。流过出口端口 38的液体可以传送到现有的过程或系统。该系统10可以通过单个管路连接被连接到现有的系统，或者可选地可以以独立的方式产生自适应控制的液体掺合。
[0024]在图1的系统中，目标水平可以是预定设定点或是控制器18可以编程为作为对于栗12、14和16的反馈控制来达到的梯度。盐浓缩溶液和酸/碱改性溶液添加率继续是基于来自导电率传感器26a和/或26b以及pH传感器36的反馈控制的。
[0025]如果pH传感器36和/或导电率传感器26检测到离开剪切掺合器22的溶液已经超过规格，则控制器18打开废料排出阀33，使得溶液通过净化管35被栗出，使得溶液可以被倾倒或引导到用于再循环的容器。
[0026]作为另一个非限制性示例，图1中的系统还可以用于产生更洁净的溶液。参考1，盐浓缩溶液作为第一调节液体或成分被提供到栗14的进口。酒精作为第二调节液体或成分被提供到栗16的进口。此外，水作为进给液体或第三成分被提供到栗12的进口。
[0027]在启动时，栗12、14和16被控制器激活，使得包含盐浓缩物的溶液、水和酒精流到剪切掺合器22并在其中被混合起来。清洗阀28和传送阀32是关闭的，而废料排出阀33是打开的。
[0028]如之前提到的，剪切掺合器22的下游有导电率传感器26a和26b。此外，取代pH传感器36的是近红外(NIR)传感器，在图1中以136处的虚影表示。
[0029]离开剪切掺合器22的溶液的导电率通过导电率传感器26 (a)和/或26 (b)检测。如图1中所示，导电率传感器26 (a)和26 (b)以及流量变送器39与对栗12和14进行控制的系统控制器18通信。栗12由控制器18基于流量变送器39调节到期望的系统流速，同时栗14被调节成使得盐浓缩溶液被按照控制器18控制的可变数量连续地传送到剪切掺合器22。
[0030]如图10中所示，近红外(NIR)传感器136还与剪切掺合器22通信，以检测其中的溶液的酒精浓度。NIR传感器136还与如之前提到的对栗16进行控制的控制器18通信。栗16被调节成使得酒精被按照控制器18控制的可变数量连续地传送到剪切掺合器22。
[0031]仅仅在已经达到目标导电率和酒精浓度水平时，才经由控制器18将传送阀32打开并将废料排出阀33关闭，以通过出口或产品端口 38传送该过程的输出。盐浓缩溶液和酒精