DE10200654A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen FlüssigkeitInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit, wie etwa in einer Pulpe oder dergleichen Suspension, wobei eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit, die sich periodisch wiederholen, durch einen Filterkuchen (4) erzeugt und ein über den Filterkuchen (4) entstehendes Strömungspotential als Potentialmeßreihe in einer Recheneinrichtung (6) gespeichert wird. Die Strömungsverläufe werden mittels einer Strömungsmeßanordnung (13) direkt oder mittels einer Vorrichtung zur Erfassung der Druckdifferenz (8) indirekt als Strömungsmeßreihen erfaßt. In der Reicheneinrichtung (6) wird eine Kreuzkorrelation zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe zum Herleiten der Amplitude des Strömungspotentials bzw. zum Bestimmen des Vorzeichens des Strömungspotentials verwendet.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit, wie Pulpe oder dergleichen Suspension, wobei durch einen Filterkuchen eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit, die sich insbesondere mit einer Frequenz f periodisch wiederholen, erzeugt und das über den Filterkuchen entstehende Strömungspotential als Potentialmeßreihe gespeichert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Bei Wechselwirkungen an Grenzschichten, die beispielsweise in Feststoffsuspensionen in einer großen Vielzahl auftreten, spielt neben der Oberflächenenergie das Zetapotential eine entscheidende Rolle. Das Zetapotential ist ein Maß für ionische Anlagerungsvorgänge an der Grenzschicht und gibt Auskunft darüber, wie stark Ionen gebunden werden. Ferner dient das Zetapotential als Kenngröße für Säure-Base-Eigenschaften von Faser- und Pulveroberflächen. Hierbei kann das Zetapotential unter Umständen durch eine Ansammlung von Ionen an den Grenzflächen in dem Übergangsbereich zwischen der Feststoffoberfläche und dem Fluid neutralisiert werden und dient von daher auch als Maß für die Stabilität von Suspensionen und Emulsionen.
- In der Industrie wird insbesondere bei Mikroverkapselungsprozessen zur Optimierung des Prozeßablaufes das Zetapotential der Ausgangsstoffe herangezogen, um eine möglichst optimale Auswahl geeigneter Additive für den Mikroverkapselungsprozeß treffen und somit eine Effizienzsteigerung des Verkapselungsprozesses erzielen zu können.
- Ferner spielt das Messen des Zetapotentials insbesondere bei der Papierherstellung eine entscheidende Rolle. Hier werden unter anderem synthetische Leimungsmittel wie Alkylketendimer (AKD) und Bernsteinsäurehydrid (ASA) als Hydrophobierungsmittel eingesetzt. Die Leimungssysteme weisen oftmals unterschiedliche Zetapotentiale und somit unterschiedliche Eigenschaften auf, so daß der Papiermacher abwägen muß, welches das optimale Leimungsmittel für seine Papiermaschine bzw. für das jeweilige Papierprodukt ist. Dabei spielt insbesondere das Zetapotential der in der Pulpe vorhandenen Fasern eine entscheidende Rolle. Insbesondere bei der Altpapierherstellung ist das Zetapotential der in der Pulpe befindlichen Fasern chargenweise unterschiedlich, da die Zusammensetzung der Rohstoffe (Altpapier) der Pulpe ständig variiert. Von daher muß insbesondere bei der Altpapierherstellung kontinuierlich das Zetapotential der Pulpe ermittelt werden, um geeignete Leimungsmittel und Additive zugeben zu können. Das Zetapotential spielt dabei eine entscheidende Rolle.
- Üblicherweise wird das Zetapotential nach der Strömungspotentialmethode bestimmt. Hierzu wird zunächst das Strömungspotential und die Leitfähigkeit der Suspension gemessen, woraus anschließend das Zetapotential ermittelt wird. Die Strömungspotentialmethode ist ein physikalisch-oberflächenanalytisches Verfahren zur Charakterisierung der elektrokinetischen Eigenschaften von Festkörpern in Kontakt mit wässrigen Lösungen. Befindet sich ein Festkörper in Kontakt mit einer wässrigen Elektrolytlösung, dann liegt an der Phasengrenze eine andere Verteilung der elektrischen Ladung vor als im Inneren der flüssigen Phase. Die Anreicherung von Ladungsträgern an der Phasengrenze führt zur Ausbildung einer elektrochemischen Doppelschicht: die an einer Festkörperoberfläche befindlichen Ladungsträger werden durch Gegenioden kompensiert, die sich zum Teil in starrer Anordnung und zum Teil in einer diffusen Verteilung in der Flüssigkeit befinden. Zur Bestimmung des Zetapotentials nach der Strömungspotentialmethode wird in einer Meßzelle, in der sich ein Kapillarsystem befindet, durch einen antreibenden Druck eine Flüssigkeitsbewegung erzeugt. In Abhängigkeit vom Strömungswiderstand im Strömungskanal entsteht an der Meßzelle ein Druckabfall. Die Elektrolytströmung bewirkt entlang des Strömungskanals in Fließrichtung eine Ladungsverschiebung, da nur die beweglichen Ionen in der diffusen Schicht, nicht aber in der starren Schicht adsorbierten Ionen infolge Stokes'scher Reibung in Strömungsrichtung mitgerissen werden. Die resultierende Potentialdifferenz wird durch Meßelektroden erfaßt, die sich an den beiden Enden des Strömungskanals befinden. Das Zetapotential ist näherungsweise gleich dem Potential einer Grenze zwischen starrer und diffuser Schicht und kann aus dem gemessenen Strömungspotential berechnet werden.
- Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen zur Zetapotentialbestimmung nach der Strömungspotentialmethode bekannt. Diese Vorrichtungen sind im Hinblick auf die Papierproduktion darauf ausgelegt, die elektrokinetischen Eigenschaften in chemisch "reinen" Pulpen zu ermitteln, d. h. in Pulpen, dessen Ausgangsprodukte Fasern für hochwertiges und neues Papier sind. Bei der Verwendung von derart sauberen Rohstoffen ist die bei der Papierherstellung erzeugte Pulpe mit nur wenigen chemischen Zusatzstoffen (Drucktinte, Leimungsmittel, Bleichmittel, etc.) belastet, so daß aufgrund von einer geringen chemischen Reaktion oder dergleichen Wechselwirkung in der Pulpe die Zetapotentialbestimmung in der Regel problemlos angewandt werden kann, wobei sich das eigentliche Meßsignal, nämlich das Strömungspotential, deutlich von dem eventuell vorhandenen Störsignal unterscheidet.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, daß die Bestimmung des Zetapotentials mittels einer aus der Verfahrenstechnik bekannte Vorrichtung in einer chemisch aktiven Suspensionen, generell mit großen Unsicherheiten behaftet ist, da das meßtechnisch erfaßte Strömungspotential aufgrund der chemischen Wechselwirkungen in der Suspension ein äußerst geringes Signal/Rausch-Verhältnis aufweist. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Problemstellung zugrunde, daß - aufgrund der zur Datenaufbereitung in der Regel über eine große Anzahl von Einzelmessungen durchgeführten Mittelung - die zur Ermittlung eines Zetapotentialwertes benötigte Meßzeit anwächst, und von daher unter Umständen eine kontinuierliche und zeitlich aufgelöste Meßwerterfassung mit einer entsprechend kurzen Abtastrate nicht mehr möglich ist. Des weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Problemstellung zugrunde, daß bei stark verrauschten Zetalpotential- bzw. Strömungspotentialwerten das Vorzeichen des erfaßten Wertes oftmals nicht eindeutig bestimmt werden kann.
- Auf der Grundlage der geschilderten Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Strömungspotentialmessung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß diese in jeglicher Art von Suspensionen, insbesondere in chemisch reagierenden und verunreinigten Suspensionen zuverlässig und reproduzierbar einsetzbar ist, wobei die Zeit zur Erfassung eines Strömungspotentialwertes bzw. zur Ermittlung eines Zetapotentialwertes nicht anwächst und ferner die Bestimmung des Vorzeichens des Zetapotentialwertes ohne Aufwand und sicher durchführbar ist.
- Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Messung des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit der eingangs genannten Art durch folgende Verfahrensschritte gelöst: die Strömungsverläufe werden als Strömungsmeßreihe mittels einer Strömungsmeßanordnung erfaßt und gespeichert; eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe wird zum Feststellen der Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion und zum Herleiten der Höhe des Strömungspotentials in einer Recheneinrichtung gebildet; und/oder die Phasenverschiebung zwischen der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe zur Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials wird in der Recheneinrichtung gebildet; und/oder die Frequenz der Strömungsverläufe der Flüssigkeit wird über eine Steuerungseinrichtung derart erhöht, daß chemische Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension, die das Strömungspotential verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen, dessen Kehrwert niedriger ist als die Frequenz.
- Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß ein einfach zu realisierendes und dabei sehr effektives Verfahren zur Optimierung bei der Strömungspotentialbestimmung erzielbar ist. Das Bilden einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe ist bei der vorliegenden Anwendung besonders geeignet, da die Kreuzkorrelation insbesondere zur Bearbeitung von Signalen eingesetzt werden kann, die langsam erfolgenden Änderungen unterworfen sind, wobei zufällig verteilte Störanteile zugelassen sind. Diese Störanteile oder Rauschanteile sind dabei normal verteilt. Da die Rauschanteile in "unreinen" Suspensionen durch chemische Wechselwirkungen innerhalb der Suspension hervorgerufen werden und der Potentialmeßreihe anschließende überlagert sind, ist die Kreuzkorrelation zur digitalen Signalverarbeitung hier besonders geeignet. Die Kreuzkorrelation ist ferner ein adäquates Hilfsmittel, um aus der von einem Störsignal überlagerten Potentialmeßreihe zuverlässig die Höhe des Strömungspotentials herzuleiten, da diese in direktem Zusammenhang mit der Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion steht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß zusätzlich oder alternativ hierzu die Phasenverschiebung zwischen der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe herangezogen werden kann, um das Vorzeichen des Strömungspotentials zu bestimmen. Beträgt die Phasenverschiebung 0° bis 170°(± 5°) so ist das Vorzeichen des Strömungspotential positiv, bei einer Phasenverschiebung zwischen 180° bis 350°(± 5°) nimmt das Strömungspotential einen negativen Wert an. Die Ermittlung des Vorzeichens anhand der Phasenverschiebung hat insbesondere den Vorteil, daß die Vorzeichenbestimmung bei jeder einzelnen Potentialmeßreihe durchgeführt werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Reduktion der Unsicherheit bei der Vorzeichenbestimmung. Zur weiteren Verbesserung des Meßfehlers bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung des Strömungspotential ist denkbar, eine Mittelung über eine hinreichend große Anzahl von Strömungspotentialwerten bzw. ausgewerteten Vorzeichen durchzuführen. Von Vorteil erweist sich des weiteren, daß die Kreuzkorrelation bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung des Strömungspotentials keine Korrelation der Rauschanteile der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe voraussetzt. Als möglich Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Kreuzkorrelation mittels der Fast-Fourier-Transformation (FFT) umgesetzt wird, da hierdurch die Berechnungszeit der Kreuzkorrelation deutlich reduziert wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des Strömungspotentials liegt darin, daß die Frequenz f, mit der die zu untersuchende Flüssigkeit periodisch durch den Filterküchen strömt, derart erhöht werden kann, daß Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension, die das Strömungspotential verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen, dessen Kehrwert niedriger ist als die Frequenz f. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß niederfrequente Rauschkomponenten nicht mehr der Potentialmeßreihe störend überlagert sind. Da insbesondere die bei der Strömungspotentialbestimmung in chemisch verunreinigten Suspensionen auftretenden Störsignale von niederfrequenter Natur sind, kann hierdurch erreicht werden, daß das Signal/Rausch- Verhältnis der Potentialmeßreihe deutlich verbessert wird.
- Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird ferner durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Strömungsmeßanordnung zum Erfassen der Strömungsmeßreihe, eine Rechenanordnung zum Bilden der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe und ferner zum Feststellen der Höhe des Strömungspotentials und/oder zur Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials und/oder ferner durch eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Strömungsverlaufes.
- Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind bezüglich des Verfahrens in den Unteransprüchen 2 und 3 und bezüglich der Vorrichtung in den Unteransprüchen 5 bis 7 angegeben.
- In einer möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Speicherung des Strömungsverlaufes eine den Strömungsverlauf bestimmende Druckdifferenz und/oder ein diese Druckdifferenz erzeugendes Anregungssignal, insbesondere ein Ventilansteuerungssignal, gemessen wird. Die Messung der Druckdifferenz bzw. des Anregungssignales hat den Vorteil, daß auf besonders einfachem und technisch leicht zu realisierendem Wege Informationen über den Strömungsverlauf erfaßt werden können. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Lösungen denkbar, bei denen ein Signal, welches mit dem Strömungsverlauf korreliert, erfaßt wird.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß zur Herleitung eines Zetapotentials ferner ein Leitfähigkeitsmeßwert innerhalb eines Filtrates und somit außerhalb des Filterkuchens erfaßt wird. Dieses hat insbesondere den Vorteil, daß der derart erfaßte Leitfähigkeitswert nicht durch das Vorhandensein des Filterkuchens bzw. anderer Komponenten in der Suspension beeinflußt werden kann, was zu einer weiteren Reduktion der Unsicherheit bei der Ermittlung des Zetapotentials führt.
- Als vorteilhafte Weiterbildung zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung der den Strömungsverlauf bestimmenden Druckdifferenz und/oder zur Erfassung eines den Strömungsverlauf erzeugenden Anregungssignals, insbesondere eines Ventilansteuerungssignals, vorhanden ist. Dieses hat den Vorteil, daß Informationen über den Strömungsverlauf auf besonders einfachem und technisch leicht zu realisierendem Wege, beispielsweise über die Erfassung des Ventilansteuerungssignales, gewonnen werden können. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar.
- Besonders bevorzugt ist eine Leitfähigkeitssonde zur Erfassung des Leitfähigkeitsmeßwertes innerhalb des Filtrates und somit außerhalb des Filterkuchens vorgesehen. Die Anordnung dieser Sonde hat insbesondere den Vorteil, daß der Leitfähigkeitsmeßwert nicht durch den Filterkuchen oder durch Schwebeteilchen in der Suspension beeinflußt wird.
- Besonders vorteilhaft ist es, daß die Elektrodenanordnung aus Gold oder goldhaltigem Material gefertigt ist. Dieses hat insbesondere den Vorteil, daß hierdurch das Signal/Rausch- Verhältnis der aufgenommenen Meßreihen besonders gering ist.
- Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung des Strömungspotentials gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Suspension 11 in einer bevorzugten Ausführungsform. Die dargestellte Vorrichtung dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen physikalisch- oberflächenanalytischen Verfahrens, bei dem zur Charakterisierung der elektrokinetischen Eigenschaften von Festkörpern in Kontakt mit wässrigen Lösungen, das Strömungspotential und die Leitfähigkeit gemessen werden, um aus diesen Meßwerten das Zetapotential zu ermitteln. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung eignet sich insbesondere bei der Strömungspotentialmessung in Suspensionen, in denen aufgrund von Verunreinigungen eine Vielzahl von unterschiedlichen chemischen Reaktionen ablaufen.
- Zur Bestimmung des Zetapotentials nach der Strömungspotentialmethode wird in einer Ansaugleitung 2 aus einem Reservoir 1 die zu untersuchende Suspension 11 angesogen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform steht zur Strömungserzeugung eine Vakuumkammer 5 zur Verfügung. Die Strömungserzeugungsvorrichtung bzw. Vakuumkammer 5 wird über eine Steuerungseinrichtung 7 gesteuert. In der Praxis wird hierfür beispielsweise eine Ventilanordnung gewählt. Durch die Druckdifferenz zwischen dem Reservoir 1 und der Vakuumkammer 5 wird eine Bewegung der Suspension 11 in der Ansaugleitung 2 erzeugt. In der Ansaugleitung 2 befindet sich ein Filter 3, welches die in der Suspension 11 ungelösten Komponenten, wie etwa Fasern, bei der Bewegung der Suspension 11 herausfiltert. Dadurch entsteht am Filter 3 ein Filterkuchen 4, der als Kapillarsystem im weiteren Verlauf der Messung dient.
- Durch die Steuerungseinrichtung 7 wird die Druckdifferenz zwischen der Vakuumkammer 5 und dem Reservoir 1 periodisch variiert. Dadurch findet eine korrelierte Variation der Strömungsgeschwindigkeit in der Ansaugleitung 2 statt. Die periodisch strömende Suspension 11 als Elektrolytströmung bewirkt entlang der Ansaugleitung 2 bzw. im Filterkuchen 4 in der jeweiligen Fließrichtung eine Ladungsverschiebung, da nur die beweglichen Ionen in der diffusen Schicht an der Festkörperoberfläche, nicht aber die in der starren Schicht adsorbierten Ionen, infolge Stokes'scher Reibung in Strömungsrichtung mitgerissen werden. Die dadurch resultierende Potentialdifferenz wird durch eine Elektrodenanordnung 10 erfaßt, die sich an beiden Enden des Filterkuchens 5 gemäß Fig. 1 befindet. Die Elektrodenanordnung 10 ist zur Reduzierung des Signal/Rausch-Verhältnisses aus goldhaltigem Material gefertigt.
- Das Zetapotential ist näherungsweise gleich dem Potential an der Grenze zwischen starrer und diffuser Schicht und kann aus dem gemessenen Strömungspotential berechnet werden. Dieses erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 in einer Recheneinrichtung 6. Hierzu wird eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen dem über die Elektrodenanordnung 10 erfaßten Strömungspotential als Potentialmeßreihe und dem über eine Vorrichtung zur Erfassung der Druckdifferenz 8 indirekt aufgenommenen Strömungsverlauf als Strömungsmeßreihe gebildet. Es ist auch möglich, daß der Strömungsverlauf direkt über eine Strömungsmeßanordnung 13 erfaßt wird.
- In der Recheneinrichtung 6 wird zwischen der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe eine Kreuzkorrelationsfunktion gebildet. Anhand der Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion wird in der Recheneinrichtung 6 den Betrag des Strömungspotentials ermittelt. Des weiteren liefert die Recheneinrichtung 6 aus der Phasenverschiebung der Kreuzkorrelationsfunktion das Vorzeichen des so bestimmten Strömungspotentials.
- Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere bei der Datenverarbeitung, wird erreicht, daß die Unsicherheit bei den ermittelten Werten der Strömungspotentials und des zugehörige Vorzeichens deutlich reduziert wird.
- Um im weiteren Verlauf das Zetapotential bestimmen zu können, wird mittels einer Leitfähigkeitssonde 9, gemäß der Anordnung aus Fig. 1, innerhalb des Filtrates 12 und somit außerhalb des Filterkuchens 4 die Leitfähigkeit bestimmt. Die Anordnung der Leitfähigkeitssonde 9 ist derart gewählt, daß feste Schwebeteilchen in der Suspension 11 bzw. in dem Filterkuchen 4 die Meßergebnisse nicht beeinflussen. Der somit bestimmte Leitfähigkeitsmeßwert wird zur Herleitung des Zetapotentials in der Recheneinrichtung 6 weiterverarbeitet.
- In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Steuerungseinrichtung 7 derart ausgeführt, daß die aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Vakuumkammer 5 und dem Reservoir 1 erzeugte Strömungsfluktuation auf bis zu 10 Hz eingestellt werden können. Damit ist es möglich, daß niederfrequente Störsignale, die - aufgrund von chemischen Wechselwirkungen in der Suspension - der Potentialmeßreihe überlagert sind, nur noch einen unbedeutenden Einfluß auf das Signal/Rausch-Verhältnis der Meßergebnisse haben. Dadurch wird zusätzlich erreicht, daß die Unsicherheit des Meßwertes des Strömungspotentials bzw. des Zetapotentials reduziert wird.
- Im Hinblick auf die zunehmende Verarbeitung von Altpapier liegen in der Pulpe eine Vielzahl von chemischer Zusatzstoffe vor, so daß hier auch in erhöhtem Maße chemische Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkung stattfinden. Die Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Zetapotentialbestimmung liefern bei der Anwendung in einer Pulpe, die zur Altpapierherstellung verwendet wird, ein Ergebnis, das in der Regel aufgrund der erhöhten chemischen Wechselwirkungen in der Pulpe mit einem extremen Störsignal überlagert ist. Üblicherweise wird dieses Störsignal durch eine entsprechende Mittelung über eine hinreichend große Anzahl von Meßreihen reduziert. Um hierbei jedoch das Signal-Rausch- Verhältnis um Faktor 10 zu verbessern, muß die Anzahl der Meßreihen um Faktor 100 vergrößert werden. Dies hat den Nachteil, daß die Bestimmung des Zetapotentials sehr zeitintensiv ist und insbesondere bei der Altpapierherstellung nicht mehr als kontinuierliches Meßverfahren eingesetzt werden kann. Des weiteren wird bei Vorrichtungen der bekannten Art in der Regel das Vorzeichen des Zetapotentialwertes nach der Mittelung bestimmt. Unter Umständen kann bei einem stark verrauschten Meßsignal hierbei das Vorzeichen falsch sein. Mit der vorliegenden Erfindung können diese Probleme vermieden werden. Bezugszeichenliste 1 Reservoir
2 Ansaugleitung
3 Filter
4 Filterkuchen
5 Strömungserzeugungsvorrichtung bzw. Vakuumkammer
6 Recheneinrichtung
7 Steuerungseinrichtung
8 Vorrichtung zur Erfassung der Druckdifferenz
9 Leitfähigkeitssonde
10 Elektrodenanordnung
11 Suspension
12 Filtrat
13 Strömungsmeßanordnung
Claims (8)
1. Verfahren zum Messen des Strömungspotentials innerhalb
einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit (11), wie Pulpe oder
dergleichen Suspension, wobei durch einen Filterkuchen (4)
eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit (11),
die sich insbesondere mit einer Frequenz f periodisch
wiederholen, erzeugt und das über den Filterkuchen (5)
entstehende Strömungspotential als Potentialmeßreihe
gespeichert wird,
gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
a)
- Speichern des Strömungsverlaufes als
Strömungsmeßreihe;
- Bilden einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der
Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe;
- Feststellen der Amplitude der
Kreuzkorrelationsfunktion zum Herleiten der Höhe des
Strömungspotentials; und/oder
- Feststellen der Phasenverschiebung zwischen der
Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe zur
Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials;
und/oder
a)
- Erhöhen der Frequenz f, mit der die
Strömungsverläufe sich wiederholen, derart, daß chemische
Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb
der Suspension (11), die das Strömungspotential
verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen,
dessen Kehrwert niedriger ist als die Frequenz f.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Speichern des Strömungsverlaufs eine den
Strömungsverlauf bestimmende Druckdifferenz und/oder ein diese
Druckdifferenz erzeugendes Anregungssignal, insbesondere ein
Ventilansteuerungssignal, gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Herleiten eines Zetapotentials ein
Leitfähigkeitsmeßwert innerhalb eines Filtrates (12) und somit außerhalb
des Filterkuchens (4) gewonnen wird.
4. Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb
einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit (11), wie Pulpe oder
dergleichen Suspension, wobei durch einen Filterkuchen (4)
eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit (11),
die sich insbesondere mit einer Frequenz f periodisch
wiederholt, erzeugt und das über den Filterkuchen (4)
entstehende Strömungspotential als Potentialmeßreihe gespeichert
wird, umfassend:
eine durchströmbare Leitung (2), die durch einen Filter (3) abgeschlossen ist;
eine Strömungserzeugungseinrichtung (5) zum Fördern der Suspension (11) durch die Leitung (2) und zum Erzeugen des Filterkuchens (4) auf dem Filter (3); und
eine Elektrodenanordnung (10) zum Messen des über mindestens Teile des Filterkuchens (4) elektrischen Potentials;
gekennzeichnet durch
eine durchströmbare Leitung (2), die durch einen Filter (3) abgeschlossen ist;
eine Strömungserzeugungseinrichtung (5) zum Fördern der Suspension (11) durch die Leitung (2) und zum Erzeugen des Filterkuchens (4) auf dem Filter (3); und
eine Elektrodenanordnung (10) zum Messen des über mindestens Teile des Filterkuchens (4) elektrischen Potentials;
gekennzeichnet durch
a) eine Strömungsmeßanordnung (13) zum Erfassen und
Speichern einer Strömungsmeßreihe;
eine Recheneinrichtung (6) zum Bilden einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe, zum Feststellen der Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion zur Herleitung der Höhe des Strömungspotentials und zum Feststellen der Phasenverschiebung zwischen der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe zur Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials; und/oder
eine Recheneinrichtung (6) zum Bilden einer Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmeßreihe und der Potentialmeßreihe, zum Feststellen der Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion zur Herleitung der Höhe des Strömungspotentials und zum Feststellen der Phasenverschiebung zwischen der Potentialmeßreihe und der Strömungsmeßreihe zur Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials; und/oder
b) eine Steuerungseinrichtung (7) zum Steuern des
Strömungsverlaufes, die derart (einstellbar)
ausgebildet ist, daß chemische Reaktionen oder
dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension, die
das Strömungspotential verschieben, mit einer
Geschwindigkeit ablaufen, dessen Kehrwert niedriger
ist als die Frequenz f.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine Vorrichtung (8) zur Erfassung der den
Strömungsverlauf bestimmenden Druckdifferenz und/oder zur
Erfassung eines den Strömungsverlauf erzeugenden
Anregungssignals, insbesondere Ventilansteuerungssignals.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
gekennzeichnet durch
eine Leitfähigkeitssonde (9) zum Erfassen eines
Leitfähigkeitsmeßwertes innerhalb eines Filtrates (12) und somit
außerhalb des Filterkuchens (4).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrodenanordnung (10) und/oder die
Leitfähigkeitssonde (9) aus Gold oder goldhaltigem Material gefertigt
ist.
8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3
oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7 zum
Messen des Störungspotentials innerhalb von aus Altpapier
oder dergleichen aus Recycling-Material gewonnenen
Suspensionen.
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DE2002100654 DE10200654B4 (de) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit |
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DE10200654B4 DE10200654B4 (de) | 2006-05-04 |
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WO2007065825A1 (de) * | 2005-12-10 | 2007-06-14 | Emtec Electronic Gmbh | Vorrichtung für die strömungspotentialmessung von fasern und partikeln in suspensionen |
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EP0079726B2 (de) * | 1981-11-09 | 1996-10-30 | The Wiggins Teape Group Limited | Apparat zur Bestimmung eines elektrischen Merkmals einer Faser-Dispersion |
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2002
- 2002-01-10 DE DE2002100654 patent/DE10200654B4/de not_active Expired - Lifetime
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