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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen eines porösen Trägermaterials und zur Bestimmung eines TIC-Wertes, bei dem eine Wasserprobe auf ein poröses Trägermaterial, das vorher mit Phosphorsäure imprägniert worden ist, aufgebracht wird, wobei nach Reaktion der in der Wasserprobe enthaltenen anorganischen Kohlenstoffanteile im TIC-Reaktionsbehälter das entstandene Kohlenstoffdioxid nachgewiesen und gemessen wird.
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Zur Bestimmung des TIC (Total Inorganic Carbon) wird eine Wasserprobe auf ein poröses Trägermaterial aufgebracht, das man zuvor mit konzentrierter Phosphorsäure imprägnieren muss. Der Imprägnierungsschritt des Trägermaterials wird bisher per Hand beim TIC-Wertermittler, d. h. beim Kunden oder einem darauf ausgerichteten Kleinlabor durchgeführt, wobei das poröse Trägermaterial mehrmals mit der Phosphorsäure überschüttet werden muss. Die vor allem meist konzentrierte Phosphorsäure dringt dann langsam in die poröse Struktur des Trägermaterials ein und kann dann für den nachfolgenden Prozess zur Verfügung gehalten werden. Die überschüssige konzentrierte Phosphorsäure muss abfiltriert werden, wobei sie in der Regal für einen erneuten Einsatz zur Verfügung steht. Das imprägnierte Trägermaterial wird dann in einem Reaktionsbehälter mit der Wasserprobe in Verbindung gebracht, wobei die anorganischen Kohlenstoffanteile in der Probe (vor allem Carbonat und Hydrogencarbonat) mit der konzentrierten Phosphorsäure reagieren und zwar unter Bildung von Kohlenstoffdioxid, das dann per IR-Spektroskopie nachgewiesen und gemessen werden kann. Nachteilig dabei ist, dass der Imprägnierungsschritt beim Kunden also beim TIC-Wertermittler durchgeführt werden muss, der in aller Regel nicht über die ausreichend ausgebildeten Fachkräfte verfügt. Da das Imprägnieren von Hand vorgenommen werden muss, kann es leicht zu Verletzungen an den Händen und an anderen Körperteilen kommen, wenn nicht die vorgeschriebenen Vorsichtsmaßnahmen 100%ig eingehalten werden. Bekannt ist es, eine entsprechend aufbereitete Phosphorsäure mit einem Trägermaterial als Katalysator einzusetzen (
US 4 012 452 A ), ohne dass damit aber eine Händlingsproblematik behoben wird oder irgendwelche Vorteile erreicht werden.
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Die
DE 15 98 361 C3 lehrt ein Verfahren zur Bestimmung eines anorganischen Kohlenstoffgehaltes, bei dem die Messung direkt im Anschluss an die Imprägnierung eines Trägermaterials mit konzentrierter Phosphorsäure durchgeführt wird, ohne dass eine Möglichkeit aufgezeigt wird, dass das imprägnierte Trägermaterial gelagert werden könnte.
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Die
US 3,877,875 A beschreibt ein Verfahren zur Stickstoff-Analyse, bei der mit Phosphorsäure imprägnierter Bimsstein als Trägermaterial verwendet wird.
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Die
US 5,789,258 A beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von chemischen Dämpfen, die dann z. B. einer Analyseeinheit zugeführt werden, wobei chemisch imprägnierte poröse Glasperlen als Trägermaterial verwendet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage zur Herstellung eines porösen Trägermaterials und zur TIC-Bestimmung zu schaffen, die handhabungseinfach und benutzerfreundlich ist.
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Diese Aufgabe wird von einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Anlage dient zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem das poröse Trägermaterial mit Phosphorsäure ausreichender Konzentration versetzt wird, nach einer vorbestimmten Einwirkzeit die flüssige Phase abfiltriert und das benetzte Trägermaterial bei etwa 150°C getrocknet wird, woraufhin das trockene Trägermaterial unter Luftabschluss lagerbar ist und dann in einem TIC-Reaktionsbehälter mit einer zu überprüfenden Wasserprobe in Kontakt gebracht wird.
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Mit einer derartigen Anlage wird die Imprägnierung bzw. Benetzung zunächst einmal aus der Hand von nicht optimal geschulten Mitarbeitern herausgenommen. Dabei wird das poröse Trägermaterial mit der Phosphorsäure über einen langen Einwirkzeitraum versetzt, sodass sicher ist, dass sich die Bestandteile der nahezu konzentrierten Phosphorsäure auch in die Hohlräume gesetzt und die Oberfläche benetzt haben. Um sicherzustellen, dass diese entsprechenden Phosphorsäure-Bestandteile auch sicher mit dem porösen Trägermaterial verbunden bleiben, wird ein Trocknungsschritt eingelegt, wobei die konzentrierte Phosphorsäure oder auch die verdünnte Phosphorsäure teilweise dehydratisiert und teilweise mit dem porösen Trägermaterial reagiert. Das Trägermaterial trocknet auf diese Weise vollkommen durch und wird rieselfähig. Nun wird dieses leicht zu händelnde trockene Material auch dauerhaft trocken gehalten, indem das Trägermaterial unter Luftabschluss gelagert wird. Es wird dann im TIC-Reaktionsbehälter mit der Wasserprobe zusammengebracht. Damit ist es nun möglich, ein gut händelbares, imprägniertes Trägermaterial immer zur Verfügung zu stellen, ohne dass weitere Zwischenarbeiten oder gar gefährliche Vorbereitungsarbeiten erforderlich sind. Da es gut handhabbar ist, kann es auch leicht in den TIC-Reaktionsbehälter eingebracht werden.
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Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass eine konzentrierte Phosphorsäure eingesetzt wird. Diese konzentrierte Phosphorsäure kann entsprechend gut verarbeitet werden und hat den Vorteil, dass das Benetzen unter Umständen schneller erfolgen kann.
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Eine Maßnahme, die sicherstellt, dass die Phosphorsäure sich ausreichend an dem Trägermaterial abgelagert hat ist die, die Einwirkzeit auf 1 bis 3 Tage einzustellen. Danach wird dann die flüssige Phase abgezogen, um den Trocknungsschritt dann vorzunehmen.
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Für diese Vorgehensweise ist es optimal, wenn als poröses Trägermaterial eine poröse Struktur aufweisende, an sich bekannte Siliciumdioxid-Kugeln eingesetzt werden. Diese Siliciumdioxid-Kugeln verfügen über eine optimale poröse Struktur, die sicherstellt, dass bei der vorgesehenen Einwirkzeit die Phosphorsäure in die entsprechenden Hohlräume eindringt, sich dort ablagert und dann für den späteren Arbeitsschritt im TIC-Reaktionsbehälter optimal zur Verfügung steht. Die Siliciumdioxid-Kugeln können gut transportiert werden und zwar vor allem auch deshalb, weil sie über die notwendige Stabilität verfügen, sodass sie beim späteren Prozess auch das Säurematerial sicher in den Prozess hineingelangen lassen.
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In der Anlage wird das poröse Trägermaterial vor allem mit konzentrierter Phosphorsäure versetzt und zwar über einen vorgegebenen Zeitraum mehrmals computergesteuert. Aufgrund dieser Verfahrensvariante wird das vollständige Benetzen und Versetzen gesichert, wobei durch Auftragen über Düsen, durch entsprechende Bewegung des ”Bades” und ähnliche Maßnahmen dieses dosierte und mehrmalige Benetzen und Versetzen möglich wird.
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Vorteilhaft wird in der Anlage nach dem Zusammenführen von porösem Trägermaterial mit trockener Phosphorsäure und der Wasserprobe der Innenraum des TIC-Reaktionsbehälters auf rund 160°C aufgeheizt. Über diese Wärmebeeinflussung läuft der Reaktionsprozess schneller ab und so, dass die genauen Werte über das gebildete Kohlendioxid sicher ermittelt werden können.
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Für den Imprägnierungsschritt ist es von Vorteil, wenn Chargen von 200 ml Trägermaterial mit 100 ml konzentrierter Phosphorsäure versetzt werden. Das ist eine optimale Ansatzgröße, wobei angepasste Varianten naturgemäß denkbar sind.
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Insbesondere dann, wenn mit Düsen oder ähnlichen Hilfsmitteln gearbeitet werden soll, ist es von Vorteil, wenn die Phosphorsäure ein einwandfreies Verpumpen und Bedüsen ermöglichend verdünnt eingesetzt wird. Hierzu kann in einer entsprechenden Mischanlage vorher Wasser zugemischt werden, um die Phosphorsäure der Imprägnierflüssigkeit in die gewünschte Konzentration zu bringen.
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Somit wird Material für den TIC-Reaktionsbehälter zur Verfügung gestellt, das immer den gleichen Qualitätsstandard aufweist und damit auch immer den gleichen Erfolg im TIC-Behälter gewährleistet. Somit wird getrocknetes Material zur Verfügung gestellt, das nicht nur leicht händelbar ist, sondern das auch immer zur Verfügung steht, wenn es für die Versuche im TIC-Behälter benötigt wird.
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Es wird das mit Phosphorsäure versetzte und dann getrocknete Trägermaterial für die Bestimmung des TIC-Wertes verwendet, das unter Luftabschluss gelagert und aus entsprechenden Behältern in den TIC-Reaktionsbehälter eingefüllt und mit einer Wasserprobe in Kontakt gebracht wird. Dadurch, dass das Trägermaterial unter Luftabschluss gelagert wird, bleibt die Verbindung der getrockneten Phosphorsäure mit dem Trägermaterial unabhängig von der Lagerzeit erhalten, weil die Phosphorsäure mit Wasser nicht reagieren kann.
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Es hat sich ein aus porösem Grundmaterial bestehender Träger und einer damit versetzten, nahezu konzentrierter Phosphorsäure, die in die poröse Struktur teilweise eingebracht ist, als optimal erwiesen, wobei das poröse Trägermaterial von der Phosphorsäure beim Versetzen unter teilweisem Eindringen in die Hohlräume umhüllt und teilweise ausgefüllt ist und wobei die getrocknete Phosphorsäure auf der Oberfläche, auch der Hohlräume, fixiert ist. Damit ist zum Ausdruck gebracht, dass ein TIC-Material, das also für die TIC-Bestimmung notwendig ist, zur Verfügung gestellt ist, das mit der notwendigen Sicherheit auch mit der Wasserprobe gezielt reagieren kann.
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Vorteilhaft ist das poröse Trägermaterial als kugelförmige Siliciumdioxid-Kugeln mit rauher Oberfläche und/oder Ausnehmungen/Hohlräumen ausgebildet, sodass das Anlagern bzw. Imprägnieren des Trägermaterials mit der konzentrierten oder nahezu konzentrierten Phosphorsäure auch optimal gesichert ist.
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Bei der Anlage verfügt der zum Einsatz kommende TIC-Reaktionsbehälter über eine Befüllöffnung und einen Reaktionsraum, dem eine Behandlungseinrichtung für das Aufbringen einer nahezu konzentrierten Phosphorsäure auf das poröse Trägermaterial und ein säurebeständiges Filtrierteil vorgeordnet ist. Dabei ist der Abstand des TIC-Reaktionsbehälters und der Behandlungseinrichtung beliebig variierbar. Die Behandlungseinrichtung ist ein Versetzen des Trägermaterials ermöglichend ausgeführt und mit einer Heizung ausgerüstet, wobei zwischen der Behandlungseinrichtung und dem TIC-Reaktionsbehälter ein luftdicht ausgebildetes Lager für das trockene Trägermaterial angeordnet ist. Mit einer entsprechend ausgebildeten Behandlungseinrichtung soll das Trägermaterial mit der nahezu konzentrierten Phosphorsäure so in Verbindung gebracht bzw. so versetzt werden, dass ausreichende Mengen dieser Säure daran anlagern bzw. darin fixiert sind. Mit Hilfe der Heizung wird dann dafür gesorgt, dass diese Fixierung auch bleibend ist, indem nämlich die Phosphorsäure entsprechend getrocknet wird. Dieses vorbereitete Trägermaterial wird dann in einem luftdicht ausgebildeten Lager untergebracht bzw. zwischengelagert, sodass es bei Bedarf jederzeit in der optimalen Form zur Verfügung steht. In der Regel wird es zweckmäßig sein, ein solches Lager sowohl der Behandlungseinrichtung nachzuordnen, wie dem TIC-Reaktionsbehälter vorzuordnen. Die Behandlungseinrichtung ermöglicht das Versetzen des Trägermaterials mit der konzentrierten Phosphorsäure dadurch, dass dieses ”Bad” so geführt ist, dass eine immer wieder einsetzende Vernetzung der einzelnen Trägermaterialkörper erfolgt, sodass sich quasi die nahezu konzentrierte Phosphorsäure schichtenweise ablagern kann.
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Mit der Anlage wird ein gezielter Ablauf der Reaktion im TIC-Reaktionsbehälter erreicht, da der Reaktionsraum des TIC-Reaktionsbehälters beheizbar und zwar auf bis zu 200°C aufwärmbar ausgebildet ist. Aufgrund einer solchen Ausbildung kann der Reaktionsablauf genau vorgegeben werden, sodass die gewünschten und auch notwendigen sicheren Messergebnisse immer erreichbar sind.
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Der Imprägnierungsschritt wird in der Behandlungseinrichtung vorgenommen und durchgeführt, wobei dieser Schritt einen verhältnismäßig langen Zeitraum in Anspruch nimmt, nämlich beispielsweise ein bis drei Tage.
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Dabei kann die Säure entweder unmittelbar und immer wieder im Kreislauf geführt werden, was möglich ist, weil der Behandlungseinrichtung ein Filtrierteil zugeordnet ist, das säurebeständig ausgebildet und mit einem Säurerücklauf verbunden ist. Über den Säurerücklauf wird die nahezu konzentrierte Phosphorsäure völlig abgeschlossen entweder dem Prozess wieder zugeführt oder aber in den Phosphorsäurebehälter zurückgeführt, um später wieder eingesetzt zu werden. Dadurch ist ein sicheres imprägnieren möglich und eben auch ein dosiertes und mehrmaliges Versetzen des porösen Trägermaterials mit der konzentrierten Phosphorsäure einfach und sicher möglich gemacht. Will man statt der konzentrierten Phosphorsäure ein besser pumpbares oder aufspritzbares Medium zur Verfügung stellen, so ist es nach der Erfindung möglich, wenn der Behandlungseinrichtung eine Misch- und Dosiereinrichtung zugeordnet ist, in der der Phosphorsäuregehalt durch Zumischen von Wasser eingestellt wird. Insbesondere ist so ein Bedüsen problemlos möglich und unter Umständen eine vereinfachte Behandlung des Trägermaterials mit der verdünnten Phosphorsäure.
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Somit wird eine Anlage geschaffen, mit der der etwas problematische Imprägnierungsschritt des porösen Trägermaterials mit konzentrierter Phosphorsäure in einen Bereich gelegt werden kann, wo geschulte Kräfte diesen Imprägnierungsschritt des Trägermaterials vornehmen können. Die nahezu konzentrierte oder verdünnte Phosphorsäure wird so an den porösen Siliciumdioxid-Kugeln angelagert und eingelagert, dass sie dort bereits teilweise abtrocknet oder aber auch mit dem Trägermaterial reagiert, sodass sie dann in dem entsprechenden Trocknungsschritt abgesichert in einer Konsistenz vorliegt, die für die Lagerung optimal ist. Es ist nämlich nur nötig, für einen Luftabschluss zu sorgen. Dann kann das entsprechend imprägnierte Trägermaterial auch über lange Zeiträume sicher abgelagert und jeweils bei Bedarf schnell und sicher zur Verfügung gestellt werden. Damit ist das gesamte Verfahren zur TIC-Bestimmung optimiert und insbesondere mit einem hohen Sicherheitsstandard durchführbar.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist.
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1 zeigt ein Verfahrensschema und
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2 zeigt eine vergrößerte Wiedergabe einer porösen Siliciumdioxid-Kugel.
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1 zeigt eine Anlage 1 zur Bestimmung des TIC-Wertes einschließlich Vorbereitung des Trägermaterials. Der für die Messung des TIC-Wertes wichtige TIC-Reaktionsbehälter ist mit 2 bezeichnet und verfügt über eine Befüllöffnung 3 und den Reaktionsraum 4. Über den Auslass 5 kann das Trägermaterial 7 nach Abschluss der Messung abgefüllt werden, um den TIC-Reaktionsbehälter 2 für eine neue Probe einsetzen zu können. Mit 23 und 24 ist die Heizung bzw. die Heizschlange 23, 24 bezeichnet, über die der Reaktionsprozess beeinflusst und ggf. beschleunigt werden kann. Das Messgerät 25 misst den Kohlenstoffdioxidwert, der per IR-Spektroskopie nachgewiesen und dann gemessen wird. Über die Auswerteleitung 26 wird der jeweilige Wert an eine Zentrale, d. h. einen entsprechenden Computer weitergegeben.
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Vorgeordnet ist diesem TIC-Reaktionsbehälter 2 die sogenannte Behandlungseinrichtung 15, die über einen Trägermaterialbehälter 6 mit Trägermaterial 7 und über einen Phosphorsäurebehälter 12 mit Phosphorsäure und zwar konzentrierter Phosphorsäure 13 beschickt wird.
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Das Trägermaterial 7 besteht aus porösen Siliciumdioxid-Kugeln 8, deren Poren bzw. Hohlräume mit 9 und 10 bezeichnet sind. Sie sind gleichmäßig über den Umfang bzw. die Oberfläche 11 verteilt, sodass beim Versetzen dieser Siliciumdioxid-Kugeln 8 mit konzentrierter Phosphorsäure 13 ein Anlagern der Phosphorsäure an diese Kugel 8 sicher erreicht wird, da die Oberfläche 11 aufgerauht bzw. eben mit den besagten Poren 9, 10 versehen ist.
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Eine solche Kugel 8 ist in 2 wiedergegeben, vor allem um die rauhe Oberfläche 11 zu verdeutlichen.
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Die Behandlungseinrichtung 15 ist mit einer Heizung 16 versehen, um so nach dem Versetzen bzw. Benetzen des Trägermaterials 7 mit der konzentrierten Phosphorsäure 13 nach etwa zwei Tagen das feuchte Trägermaterial 7 einfach und sicher im gleichen Behälter trocknen zu können. Vorher wird über das Filtrierteil 17 die restliche konzentrierte Phosphorsäure 13 abgezogen und entweder in den Phosphorsäurebehälter 12 zurückgeleitet oder während des Behandlungsvorganges einfach erneut in den Behandlungseinrichtung 15 zurückgeführt. Entsprechendes ist mit dem Bezugszeichen 18' angedeutet. 18 selbst ist der Säurerücklauf, über den nach Passieren des Filtrierteils 17 die konzentrierte Phosphorsäure 13 abgezogen wird.
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Mit 19 ist der Behälterauslauf bezeichnet, über den das getrocknete Trägermaterial 7 einem Lager 20 zugeführt wird, das gegenüber Luft abgesichert ist. Der Luftabschluss 21 ist rund um das Lager 20 angedeutet. Von dort aus kann das gegen Luftzufuhr abgeschlossene und abgesicherte imprägnierte Trägermaterial 7 sicher dem TIC-Reaktionsbehälter 2 zugeführt werden, wobei durch die zwei Schrägstriche angedeutet ist, dass zwischen beiden Teilen der Anlage 1, nämlich dem TIC-Reaktionsbehälter 2 und der Behandlungseinrichtung 15 eine beliebige Entfernung existieren kann.
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Zweckmäßigerweise ist der Behandlungseinrichtung 15 eine Misch- und Dosiereinrichtung 28 vorgeordnet oder zugeordnet, in der der Phosphorsäuregehalt eingestellt werden kann und zwar durch Zumischen von Wasser. Eine entsprechend verdünnte Phosphorsäure kann dann auf das Trägermaterial 7 aufgesprüht werden, um so die Zeiten für die Imprägnierung ggf. abzukürzen.
