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Reaktionsregler.
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nicht, wenn das Ausmass, in welchem die Reaktion zu erfolgen hat, unkontrollierbaren Schwankungen unterworfen ist ; in solchen Fällen ist die Zufügung an Reagentien so zu regeln, dass nach beendeter Umsetzung nur geringfügige, den jeweiligen Verhältnissen willkürlieh anzupassende Partnerreste zugegen bleiben.
Die Lösung der geschilderten Aufgabe ist schon früher durch Ausnutzung der Lichtabsorption in der Weise versucht worden, dass das Reaktionsprodukt in den Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Zelle gebracht wurde, wobei eine stärkere oder geringere Schwächung des Lichtstrahles als Anzeige für eine grössere oder geringere Konzentration des zu dosierenden Stoffes diente und durch die Wirkung der lichtempfindlichen Zelle je nach der wechselnden Intensität des auffallenden Lichtstrahles ein Hilfsapparat gesteuert wurde, welcher den Zusatz des zu dosierenden Reaktionpartners regelte.
Dass alle derartigen Verfahren keine nennenswerte Verwendung gefunden haben, ist darauf zurückzuführen, dass die für praktische Zwecke erforderliche Zuverlässigkeit in der Wirkungsweise nicht erreicht werden konnte. Die geringen Konzentrationsunterschiede des zu dosierenden Stoffes, die in allen Fällen durch die lichtempfindliche Zelle quantitativ erfasst werden sollten, können naturgemäss nur geringe Änderungen in der Intensität des auf die Zelle auftreffenden Lichtstrahles hervorbringen ; infolgedessen muss die Empfindlichkeit der Zelle weitgehend ausgenutzt werden.
Unter diesen Umständen macht sich jedoch eine Reihe von Fehlerquellen störend bemerkbar : Schwankungen der Intensität der Lichtquelle, lichtabsorbierende Verunreinigungen des Reaktionsproduktes und der Zusatzstoffe, insbesondere auch zeitliche Veränderungen der Eigenschaften der lichtempfindlichen Zelle, Schwankungen der etwa an die Zelle angelegten elektrischen Spannung und andere störende Einflüsse wirken sich unmittelbar als Fehler in der Anzeige aller dieser Apparate aus. Eine vollständige Eliminierung dieser Fehlerquellen ist auch durch komplizierte Anordnungen, die an und für sich wieder zu neuen Störungen Anlass geben, niemals erzielt worden, was auch inAnbetracht der an die lichtempfindlichezelle gestellten hohen Empfindlichkeits- ansprüche ohneweiters verständlich ist.
Den Anlass zur vorliegenden Erfindung gab die Erkenntnis dass im Hinblick auf die praktische Verwendbarkeit auf eine allzuweitgehende Ausnutzung der Empfindlichkeit der lichtempfindlichen Zelle von vornherein verzichtet werden muss und dass nur ein solches Verfahren zum Ziele führen kann, welches der Zelle keine feinere Unterscheidung zwischen mehr und weniger des zu dosierenden Stoffes zumutet.
Demgemäss besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, dass die quantitative Seite der eingangs gestellten Aufgabe erledigt wird, bevor die lichtempfindliche Zelle in Funktion tritt.
Die Erfindung sei zunächst an konkreten Beispielen dargestellt : es sei die Aufgabe gestellt, den Zusatz von Chlor zu einem zu reinigenden Wasser so zu regeln, dass nach Zerstörung der organischen Verunreinigungen Oxydation des Eisens, Mangans usw. noch ein Chlorüberschuss verbleibt, der mindestens 0.9 mg und höchstens 1. 1 mg auf den Liter beträgt. Auf Grund der vorliegenden Erfindung wird einem Teile des aus dem Reinigungsapparat ausströmenden Wassers eine Jodkalistärke als Indikator enthaltende Natriumthiosulfatlösung ("Vorlage") in solchem Verhältnis zugemischt, dass auf den Liter ausströmenden Wassers 6.4 mg Thiosultat (äquivalent 0.9 mg Chlor) kommt.
Diese Mischung ist farblos, wenn der Chlorgehalt des ausströmenden Wassers weniger als 0.9 mg im Liter betrug, sie ist durch Jodstärke mehr oder weniger stark blau gefärbt, wenn der Chlorgehalt grösser war. Die Mischung wird nun in ein Absorptionsrohr zwischen Lichtquelle und lichtempfindliche Zelle gebracht, wobei das Absorptionsrohr so lange bemessen ist, dass eine beliebig gewählte schwache Färbung der Flüssigkeit eine alle möglichen Störungen irgendwelcher Art um ein Vielfaches übersteigende Wirkung auf die Zelle ausübt (praktisch vollständige Auslöschung des Lichtstrahles) ; Versuche haben ergeben, dass in vorliegendem Fall eine Länge von 20 cm für praktische Zwecke weitaus hinreichend ist.
An die Zelle sind in an und für sich bekannter Weise Hilfsapparate solcher Art angeschlossen, dass durch die von der Zelle ausgelösten elektrischen Wirkungen der Chlorzusatz zu dem in den Reinigungsapparat einströmenden Wassers erhöht wird, solange der Lichtstrahl ungeschwächt auf die Zelle auffällt, solange also die Flüssigkeit farblos bleibt, während eine Einwirkung der Zelle auf die Hilfsapparate unterbleibt, solange der Lichtstrahl geschwächt wird, solange also die Flüssigkeit gefärbt ist.
Einer anderen Probe des aus dem Reinigungsapparat entströmenden Wassers wird nun eine Thio- sulfat-Jodkalistärkelösung äquivalent 1. 1 mg Chlor im Liter zugefügt. (Statt dessen kann man auch dem schon 6.4 mg Thiosulfat im Liter enthaltenden Nebenstrom noch 1. 4 mg Thiosulfat pro Liter hinzu- fügen.) Diese Mischung wird nun in eine zweite, analog gebaute Lichtabsorptionsanordnung eingebl'3. ;
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an die lichtempfindliche Zelle dieser zweiten Anordnung sind wieder Hilfsapparate in solcher Weise angeschlossen, dass für den Fall der Schwächung des Lichtstrahles (Blaufärbung der Flüssigkeit) der Chlorzusatz zu dem in den Reinigungsapparat einströmenden Wasser verringert wird.
Als zweites Beispiel sei die Regelung der Neutralisierung einer Säure mit einer starken Base erörtert. Es sei die Aufgabe gestellt, eine in wechselnder Stärke anfallende Säure in solcher Weise zu neutralisieren, dass im Endprodukt weder der Säuregehalt noch der Basengehalt über 0. 01 Äquivalent im Liter steigt. Man zweigt von der neutralisierten Flüssigkeit einen Teil ab, filtriert gegebenenfalls, setzt (neben Phenolphtalein als Indikator) Lauge als erste Vorlage in solchem Verhältnis zu, dass 0.01 Äquivalent zusätzliche Base auf einen Liter der neutralisierten Flüssigkeit kommt ; diese Mischung gelangt in den ersten Absorptionsapparat, dessen lichtempfindliche Zelle so geschaltet ist, dass der ungeschwächte Lichtstrahl (Flüssigkeit farblos) eine Erhöhung des Zusatzes von Base zur ursprünglichen sauren Flüssigkeit zufolge hat.
Die Mischung gelangt nach Zusatz der zweiten Vorlage (0.02 Äquivalent Säure auf den Liter der neutralisierten Flüssigkeit) in den zweiten Absorptionsapparat, dessen lichtempfindliche Zelle so geschaltet ist, dass Schwächung des Lichtstrahles (Rotfärbung der phenolphtaleinhaltigen Flüssigkeit) eine Erniedrigung des Zusatzes von Base zu der in die Reaktion eintretenden sauren Flüssigkeit bewirkt.
Als drittes Beispiel sei die Regelung des Säuregehaltes bei der galvanischen Verzinkung erwähnt.
Als Vorlagen verwendet man Laugen in solchen Verhältnissen, dass die zur Herstellung der Mischung für den ersten Absorptionsapparat zugesetzte Base der unteren Grenze des zulässigen Säuregehaltes, die zur Herstellung der Mischung für den zweiten Absorptionsapparat zugesetze Base der oberen Grenze des zulässigen Säuregehaltes äquivalent ist.
Das durch die angeführten Beispiele erläuterte Verfahren zur Regelung der Dosierung eines Reaktionspartners ist in folgender Weise zu umschreiben : ein als Vorlage dienender Stoff und gegebenenfalls ein als Indikator dienender Stoff werden zum Reaktionsprodukt in solchem Verhältnis zugesetzt, dass ein Farbumsehlag in der erhaltenen Mischung gerade dann hervorgerufen wird, wenn der Über (Unter) - schuss an dem zu dosierenden Reaktionspartner die vorgegebene untere Grenze erreicht hat. Die Verschiedenheit der Lichtabsorption der Mischung, je nachdem ob diese Grenze noch nicht erreicht oder überschritten ist, wird zur praktisch vollständigen Auslöschung bzw.
Aufhellung eines Lichtstrahles ausgenutzt, der auf eine lichtempfindliche Zelle auftrifft, welche, gegebenenfalls in Verbindung mit Ver- stärkern (Relais, Elektronenröhrensystem u. dgl. ) mit Hilfe bekannter Apparate (Motoren usw. ) den Zusatz eines Reaktionspartners regelt. Durch Zufügung einer anderen Vorlage kann in gleicher Weise eine vorgegebene obere Grenze für den Über (Unter) schuss des zu regelnden Partners eingehalten werden.
Ebenso ist das Verfahren auf die Regelung mehrerer Reaktionspartner anwendbar.
Durch die Verwendung der als "Vorlagen" bezeichneten Zusätze von Stoffen, welche mit den in dem Reaktionsprodukt enthaltenen Stoffen chemisch reagieren, wird also erreicht, dass die Anwesenheit einer die gewünschten Grenzen über-bzw. unterschreitenden Menge des zu dosierenden Reaktionspartners
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strahles auswirkt. Dieser Wirkung gegenüber sind alle störenden Einflüsse gänzlich bedeutungslos, so dass die Zuverlässigkeit der Wirkungsweise gewährleistet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelung der Dosierung eines Reaktionspartners oder mehrerer mit Hilfe einer chemischen Operation und unter Verwendung einer lichtempfindlichen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass bemessene Mengen von Zusatzmitteln sowohl das zulässige Höchst-als auch das zulässige Mindestmass des zu regelnden Reaktionspartners mit Hilfe eines lichtempfindlichen Systems anzeigen und (gegebenenfalls über eine elektrische Verstärkungsanlage) Hilfsapparate auslösen, welche die Dosierung des Reaktionspartners erniedrigen bzw. erhöhen.
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Reaction regulator.
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not if the extent to which the reaction has to take place is subject to uncontrollable fluctuations; in such cases, the addition of reagents is to be regulated in such a way that after the reaction has ended, only minor residues of the partner remain present, which can be arbitrarily adapted to the respective conditions.
The solution to the problem described has already been attempted earlier by utilizing light absorption in such a way that the reaction product was brought into the light path between a light source and a light-sensitive cell, with greater or lesser attenuation of the light beam as an indication of greater or lesser concentration of the substance to be dosed and controlled by the action of the light-sensitive cell, depending on the changing intensity of the incident light beam, an auxiliary device which regulated the addition of the reaction partner to be dosed.
The fact that none of these methods have found any significant use is due to the fact that the operational reliability required for practical purposes could not be achieved. The small differences in concentration of the substance to be dosed, which should be recorded quantitatively in all cases by the light-sensitive cell, can naturally only produce small changes in the intensity of the light beam striking the cell; consequently the sensitivity of the cell has to be exploited to a large extent.
Under these circumstances, however, a number of sources of error become noticeable: fluctuations in the intensity of the light source, light-absorbing impurities in the reaction product and the additives, in particular changes in the properties of the light-sensitive cell over time, fluctuations in the electrical voltage applied to the cell and other disruptive influences have an immediate effect as errors in the display of all these devices. A complete elimination of these sources of error has never been achieved, even through complicated arrangements which in and of themselves give rise to new disturbances, which is understandable in view of the high sensitivity requirements placed on the light-sensitive cell.
The reason for the present invention was the realization that, in view of the practical usability, too extensive use of the sensitivity of the light-sensitive cell must be dispensed with from the outset and that only such a method can lead to the goal, which the cell does not distinguish between more and less of the substance to be dosed.
Accordingly, the basic idea of the invention is that the quantitative side of the task set at the beginning is done before the light-sensitive cell comes into operation.
The invention will first be illustrated using specific examples: the task is to regulate the addition of chlorine to a water to be purified in such a way that after the destruction of the organic impurities, oxidation of the iron, manganese, etc., an excess of chlorine of at least 0.9 mg and a maximum of 1. 1 mg per liter. On the basis of the present invention, a sodium thiosulphate solution containing iodine alkali starch as an indicator is added to part of the water flowing out of the purification apparatus in such a ratio that 6.4 mg of thiosultate (equivalent to 0.9 mg of chlorine) is added to the liter of flowing water.
This mixture is colorless if the chlorine content of the outflowing water was less than 0.9 mg per liter, it is colored more or less blue by iodine starch if the chlorine content was higher. The mixture is then placed in an absorption tube between the light source and the light-sensitive cell, the absorption tube being dimensioned so long that an arbitrarily chosen weak color of the liquid exerts an effect on the cell that exceeds all possible disturbances of any kind many times over (practically complete extinction of the Light beam); Tests have shown that in the present case a length of 20 cm is by far sufficient for practical purposes.
Auxiliary devices are connected to the cell in a manner known per se in such a way that the electrical effects triggered by the cell increase the addition of chlorine to the water flowing into the cleaning apparatus, as long as the light beam strikes the cell without being weakened, i.e. as long as the liquid remains colorless, while the cells do not act on the auxiliary apparatus as long as the light beam is weakened, i.e. as long as the liquid is colored.
A thiosulphate / iodine potassium starch solution equivalent to 1. 1 mg of chlorine per liter is then added to another sample of the water flowing out of the cleaning apparatus. (Instead of this, 1.4 mg of thiosulphate per liter can also be added to the side stream, which already contains 6.4 mg of thiosulphate per liter.) This mixture is now poured into a second, similarly constructed light absorption arrangement. ;
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Auxiliary devices are again connected to the light-sensitive cell of this second arrangement in such a way that the addition of chlorine to the water flowing into the cleaning device is reduced in the event of a weakening of the light beam (blue coloration of the liquid).
As a second example, the regulation of the neutralization of an acid with a strong base is discussed. The task is to neutralize an acid that occurs in varying strengths in such a way that neither the acid content nor the base content in the end product rises above 0.11 equivalent per liter. Part of the neutralized liquid is branched off, filtered if necessary, and alkali is added as the first initial charge (in addition to phenolphthalein as an indicator) in such a ratio that 0.01 equivalent of additional base is added to one liter of the neutralized liquid; this mixture reaches the first absorption apparatus, the light-sensitive cell of which is switched in such a way that the unattenuated light beam (liquid colorless) results in an increase in the addition of base to the original acidic liquid.
After the addition of the second initial charge (0.02 equivalent of acid per liter of the neutralized liquid), the mixture enters the second absorption apparatus, the light-sensitive cell of which is switched in such a way that the light beam is weakened (red coloration of the phenolphthalein-containing liquid) a reduction in the addition of base to the in causing the reaction entering acidic liquid.
A third example is the regulation of the acid content in galvanic zinc plating.
Bases are used as templates in such proportions that the base added to prepare the mixture for the first absorption apparatus corresponds to the lower limit of the permissible acid content, and the base added to the preparation of the mixture for the second absorption apparatus is equivalent to the upper limit of the permissible acid content.
The method for regulating the dosage of a reactant explained by the examples given is to be described in the following way: a substance serving as a template and, if necessary, a substance serving as an indicator are added to the reaction product in such a ratio that a color change in the resulting mixture is just then caused when the excess (deficiency) of the reactant to be dosed has reached the specified lower limit. The difference in the light absorption of the mixture, depending on whether this limit has not yet been reached or exceeded, results in practically complete extinction or
Brightening of a light beam that strikes a light-sensitive cell, which, if necessary in conjunction with amplifiers (relays, electron tube systems, etc.) with the aid of known devices (motors, etc.), regulates the addition of a reaction partner. By adding another template, a predetermined upper limit for the excess (deficit) of the partner to be regulated can be maintained in the same way.
The method can also be used to regulate several reaction partners.
The use of the substances referred to as "templates", which react chemically with the substances contained in the reaction product, means that the presence of a substance exceeds or exceeds the desired limits. the amount of the reactant to be dosed below
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radiance. In relation to this effect, all disruptive influences are completely insignificant, so that the reliability of the mode of action is guaranteed.
PATENT CLAIMS:
1. Regulation of the dosage of a reaction partner or several with the help of a chemical operation and using a light-sensitive device, characterized in that measured amounts of additives indicate both the maximum permissible and the minimum allowable amount of the reaction partner to be controlled with the help of a light-sensitive system Trigger auxiliary devices (if necessary via an electrical amplification system) which reduce or increase the dosage of the reactant.