DE10200654B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit Download PDF

Info

Publication number
DE10200654B4
DE10200654B4 DE2002100654 DE10200654A DE10200654B4 DE 10200654 B4 DE10200654 B4 DE 10200654B4 DE 2002100654 DE2002100654 DE 2002100654 DE 10200654 A DE10200654 A DE 10200654A DE 10200654 B4 DE10200654 B4 DE 10200654B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flow
potential
filter cake
measuring
suspension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE2002100654
Other languages
English (en)
Other versions
DE10200654A1 (de
Inventor
Reinhold Knoll
Rudolf Dr. Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Btg M?tek 82211 Herrsching De GmbH
Original Assignee
BTG Muetek GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BTG Muetek GmbH filed Critical BTG Muetek GmbH
Priority to DE2002100654 priority Critical patent/DE10200654B4/de
Publication of DE10200654A1 publication Critical patent/DE10200654A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10200654B4 publication Critical patent/DE10200654B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/60Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009Paper-making control systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34Paper
    • G01N33/343Paper paper pulp

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Verfahren zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer. faserstoffhaltigen Flüssigkeit (11), wie Pulpe oder eine derartige Suspension, wobei durch einen Filterkuchen (4) eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit (11), die sich insbesondere mit einer Frequenz f periodisch wiederholen, erzeugt, das über den Filterkuchen (5) entstehende Strömungspotential als Potentialmeßreihe gespeichert und der Strömungsverlauf als Strömungsmeßreihe gespeichert wird,
gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
a) – 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
b) – Erhöhen der Frequenz f, mit der sich die Strömungsverläufe wiederholen, derart, daß chemische Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension (11), die das Strömungspotential verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen, deren Kehrwert niedriger ist als die Frequenz f.

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 Gegenionen 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.
  • Aus der Druckschrift US 4,535,285 ist ein Verfahren zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit bekannt, wobei durch einen Filterkuchen eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit erzeugt und das über den Filterkuchen entstehende Strömungspotential als Potentialmessreihe gespeichert wird. Die Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit wiederholen sich mit einer Frequenz periodisch. Das bekannte Verfahren weist ferner den Verfahrensschritt des Speichern des Strömungsverlaufes als Strömungsmessreihe auf. Ferner ist aus der Druckschrift eine Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb der faserstoffhaltigen Flüssigkeit bekannt, wobei durch den Filterkuchen eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit erzeugt und das über den Filterkuchen entstehende Strömungspotential als Potentialmessreihe gespeichert wird. Hierzu sind eine durchströmbare Leitung, die durch einen Filter abgeschlossen ist, eine Strömungserzeugungseinrichtung zum Fördern der Suspension durch die Leitung und zum Erzeugen des Filterkuchens auf dem Filter sowie eine Elektrodenanordnung zum Messen des über mindestens Teile des Filterkuchens elektrischen Potentials vorgesehen. Ferner weist die herkömmliche Vorrichtung eine Strömungsmessanordnung zum Erfassen und zum Speichern einer Strömungsmessreihe, eine Recheneinrichtung zur Herleitung der Höhe des Strömungspotentials sowie eine Strömungseinrichtung zum Steuern des Strömungsverlaufes auf.
  • Die Druckschrift „Zeta-Potential-Erfahrungen mit Labor- und On-line-Messungen" von ROHLOFF E.; HÖSCHLE O. offenbart ein Verfahren zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit und eine Vorrichtung zum Messen eines Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit. Die bekannte Vorrichtung weist eine durchströmbare Leitung, die durch einen Filter abgeschlossen ist; eine Strömungserzeugungseinrichtung zum Fördern der Suspension durch die Leitung und zum Erzeugen des Filterkuschens auf dem Filter; und eine Elektrodenanordnung zum Messen des über mindestens Teile des Filterkuchens anliegenden elektrischen Potentials auf. Darüber hinaus ist aus der Druckschrift bekannt, eine Strömungsmessanordnung zum Erfassen und Speichern einer Strömungsmessreihe; eine Recheneinrichtung; und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Strömungsverlaufes vorzusehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, daß die Bestimmung des Zetapotentials mittels einer aus der Verfahrenstechnik bekannte Vorrichtung in einer chemisch aktiven Suspension, wie etwa in einer „unreine" Pulpe bei der Altpapierherstellung, 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 Axt 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 anschließend überlagert sind, ist die Kreuzkorrelation zur digitalen Signalverarbeitung hier besonders geeignet. Die Kreuzkorrelation ist ferner ein adäquates Hilfsmittel, um aus der von einem Stör signal 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 Filterkuchen 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:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung des Strömungspotentials gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 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 physikalischoberflächenanalytischen 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 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 1 dargestellten Ausführungsform steht zur Strömungserzeugung eine Vakuumkammer 5 zur Verfügung. Die Strömungserzeugungsvorrichtung bzw. Vakuumkammer 5 wird über eine Steue rungseinrichtung 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 4 gemäß 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 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 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 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.
  • 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 eine derartige Suspension, wobei durch einen Filterkuchen (4) eine Vielzahl von Strömungsverläufen der Flüssigkeit (11), die sich insbesondere mit einer Frequenz f periodisch wiederholen, erzeugt, das über den Filterkuchen (5) entstehende Strömungspotential als Potentialmeßreihe gespeichert und der Strömungsverlauf als Strömungsmeßreihe gespeichert wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) – 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 b) – Erhöhen der Frequenz f, mit der sich die Strömungsverläufe wiederholen, derart, daß chemische Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension (11), die das Strömungspotential verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen, deren 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 eine derartige 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 (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); – eine Elektrodenanordnung (10) zum Messen des über mindestens Teile des Filterkuchens (4) anliegenden elektrischen Potentials; – eine Strömungsmeßanordnung (13) zum Erfassen und Speichern einer Strömungsmeßreihe; – eine Recheneinrichtung (6) zur Herleitung der Höhe des Strömungspotentials; und/oder – eine Steuerungseinrichtung (7) zum Steuern des Strömungsverlaufes, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinreichtung (6) ausgelegt ist, eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Strömungsmessreihe und der Potentialmessreihe zu bilden, die Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion zur Herleitung der Höhe des Strömungspotentials festzustellen und die Phasenverschiebung zwischen der Potentialrnessreihe und der Strömungsmessreihe zur Bestimmung des Vorzeichens des Strömungspotentials festzustellen, und dass die Steuerungseinrichtung (7) derart (einstellbar) ausgebildet ist, dass chemische Reaktionen oder dergleichen Wechselwirkungen innerhalb der Suspension, die das Strömungspotential verschieben, mit einer Geschwindigkeit ablaufen, deren 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 bis 3 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zum Messen des Störungspotentials innerhalb von aus Altpapier oder dergleichen aus Recycling-Material gewonnenen Suspensionen.
DE2002100654 2002-01-10 2002-01-10 Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit Expired - Lifetime DE10200654B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002100654 DE10200654B4 (de) 2002-01-10 2002-01-10 Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002100654 DE10200654B4 (de) 2002-01-10 2002-01-10 Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10200654A1 DE10200654A1 (de) 2003-07-31
DE10200654B4 true DE10200654B4 (de) 2006-05-04

Family

ID=7711812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002100654 Expired - Lifetime DE10200654B4 (de) 2002-01-10 2002-01-10 Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10200654B4 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005061639B4 (de) * 2005-12-22 2007-09-27 BTG Mütek GmbH Vorrichtung zur Messung eines Strömungspotentials an einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit
WO2007059976A1 (de) * 2005-11-28 2007-05-31 Btg Instruments Gmbh Vorrichtung zur analyse einer probeflüssigkeit
DE102006008569A1 (de) 2005-12-10 2007-07-26 Emtec Elektronik Gmbh Vorrichtung für die Strömungspotentialmessung von Fasern und Partikeln in Suspensionen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535285A (en) * 1981-11-09 1985-08-13 The Wiggins Teape Group Limited Apparatus for determining an electrical characteristic of a fibrous dispersion

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535285A (en) * 1981-11-09 1985-08-13 The Wiggins Teape Group Limited Apparatus for determining an electrical characteristic of a fibrous dispersion

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Firmenschrift "Better act than react-strate- gies for papermarkers", der Mytek Analytic GmbH, Herrsching, DE (5/2001) *
Firmenschrift "System Zeta Potential SZP 04", der Mytek Analytic GmbH, Herrsching, DE (7/1998) *
Rohloff E., Höschle O., "Zeta-Potential-Erfahrun- gen mit Labor- und On-line-Messungen", in: Wochen- blatt für Papierfabrikation Vol.121 (1993) S. 990-994
Rohloff E., Höschle O., "Zeta-Potential-Erfahrun- gen mit Labor- und On-line-Messungen", in: Wochen-blatt für Papierfabrikation Vol.121 (1993) S. 990-994 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10200654A1 (de) 2003-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1949095A2 (de) Vorrichtung zur messung eines strömungspotentials an einer feststoffe enthaltenden flüssigkeit
DE3617724A1 (de) Verfahren zur bestimmung des blaspunktes bzw. der groessten pore von membranen oder filterwerkstoffen
DE3043814A1 (de) Teilchenerfassungsvorrichtung und -verfahren
EP0856731A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Grössenverteilung von verschiedenartigen Partikeln in einer Probe
DE2537712A1 (de) Vorrichtung zur messung der konzentration von schwebstoffen in einer fluessigkeit
DE69927290T2 (de) Bioverschmutzungsüberwachungsvorrichtung und verfahren zur überwachung oder zur feststellung von bioverschmutzung
DE10200654B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Strömungspotentials innerhalb einer faserstoffhaltigen Flüssigkeit
DE102017128828B4 (de) Verfahren und messgerät zur messung einer suspension
EP1653214A1 (de) Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Fasersuspension
WO2014016110A1 (de) Verfahren zur ermittlung einer blasengrössenverteilung und messeinrichtung
DE102005061639B4 (de) Vorrichtung zur Messung eines Strömungspotentials an einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit
EP1650544B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Benetzbarkeit einer bewegten Oberfläche sowie deren Verwendung
EP1447473B1 (de) Verfahren zum Erstellen einer standardisierten Zustandsanalyse von bei der Herstellung einer Faserstoffbahn die Qualität der herzustellenden Faserstoffbahn beeinflussenden Parametern und/oder Betriebszuständen und Maschine zur Durchführung des Verfahrens
DE4133439A1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen messung der dynamischen wasserretention einer beschichtung auf einem vorbeilaufenden traeger und insbesondere auf einem blatt papier
EP1957970B1 (de) Vorrichtung für die strömungspotentialmessung von fasern und partikeln in suspensionen
DE102007047843A1 (de) Vorrichtung mit einem Band und wenigstens einem Sensor zur Bestimmung des Flüssigkeitsgewichtes in einem Bandabschnitt, der keine Stoffsuspension trägt
DE102009007060B4 (de) Statistisches Verfahren zur resistiven Bestimmung der Partikeldichte und Partikelgröße in Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE2326409A1 (de) Verfahren zur messung des elektrokinetischen potentials (zeta-potentials)
AT521003B1 (de) Verfahren und Messgerät zum Messen einer Suspension
EP3983606B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der verschmutzung einer saugwalze einer maschine zur herstellung einer faserstoffbahn
DE19983998B4 (de) Vorrichtung zur elektrooptischen Zellanalyse in einer Suspension und Verfahren zur Durchführung der Analyse
DE19835288A1 (de) Sprühnebelkammer und Sprühnebel-Prüfverfahren
DE10225702A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Retention zumindest eines Zusatzstoffes an einer Fasersuspension
DE102010040951A1 (de) Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächenanteils
DE2030353B2 (de) Verfahren zum Messen der Dichte einer strörnungsfahigen Substanz und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BTG M?TEK GMBH, 82211 HERRSCHING, DE

8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right