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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird eine Möglichkeit
zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung des Strömungspotentials
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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