DE1444341B2 - Verfahren zur Regelung der Flussig keitszufuhr in Mehrfachverdampfern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von mehrfach wirksamen Verdampfungsanlagen mit einer Mehrzahl von Nebenströmen oder Rückführungen, wie sie bei der Konzentrierung von Flüssigkeiten in Industrien wie der Chloralkaliindustrie und der Zuckerindustrie angewandt werden.

Es treten Fälle auf, in welchen die gewöhnlichen Verfahren zur Regulierung der Flüssigkeitszufuhr zu einer Verdampfungsanlage oder einer ähnlichen Apparatur bestimmte Schwierigkeiten bei der Erzielung eines stabilisierten Verfahrens mit sich bringen, und zwar wegen des zeitlichen Zwischenraums zwischen dem Beginn einer bestimmten Regulierwirkung und der Erzielung des gewünschten Ergebnisses. Falls beispielsweise die Temperatur oder die Konzentration einer Substanz in der zu verdampfenden Flüssigkeit zu niedrig ist, können bestimmte Ventileinrichtungen in Betrieb genommen werden, um die zu dem Verdampfer gehenden und von dem Verdampfer kommenden Flüssigkeitsströme mit der zu der zu verdampfenden Lösung zugeführten Wärmeenergie ins Gleichgewicht zu bringen. Die Auswirkung dieser Strömungsgleichgewichtseinstellung besteht in einer längeren Verweilzeit des Inhalts der Verdampfungsanlage gegenüber der Zufuhr von Wärmeenergie. Diese Ausgleichseinstellung wird normalerweise fortgeführt, bis das gewünschte Ergebnis erzielt ist, d. h. bei dem vorliegenden Beispiel, bis eine vorbestimmte Konzentration der Substanz in der zu erhitzenden Lösung in der Verdampfungsanlage erreicht ist. Auf Grund der Kapazität und Verweileffekte, die in der Masse in der Verdampfungsanlage und den Gefäßen, mit denen sie durch Kreislaufnebenströme verbunden ist, vorliegen, ergibt sich eine Zeitverzögerung, d. h. eine verhältnismäßig lange Zeit zwischen dem Einsetzen bestimmter Regulierwirkungen und der Erreichung des gewünschten Ergebnisses, wobei sowohl Über- als auch Unterregulierungen vorkommen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Regulierung der Flüssigkeitszufuhr in einem mehrstufigen Verdampfersystem zum Zweck der Konzentration von Flüssigkeiten steuert der Kontrollimpuls eines Wichtemeßgeräts ein Regelventil in der Dicksaftleitung, und die Regelung des Dünnsaftzuflusses erfolgt über eine komplizierte Folgesteuerung, bei der auch die Verdampferniveaureaktionen eingeschaltet sind, von Verdampfer zu Verdampfer fortschreitend bis zum Dünnsaftventil. Auf diese Weise erfolgt die Anpassung der Dünnsaftmenge verzögert. Zudem ist diese Regelung auch ziemlich kompliziert.

Zweck der Erfindung besteht in einem verbesserten Verfahren zu einer Anordnung für die Regulierung derartiger Verdampfungsanlagen, wobei Über- und Unterregulierungen erheblich vermindert werden und trotzdem bestimmte wünschenswerte Starteigenschaften des Verfahrens erzielt werden.

Auf Grund der Erfindung ergibt sich auch ein einheitlicheres Endprodukt von höherer Qualität.

Gegenstand eines eigenen Vorschlags der Anmelderin ist ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung zur Regulierung mehrfach wirksamer Verdampfungsanlagen mit einer Mehrzahl von Nebenströmen oder Kreislaufführungen. Zu diesen Nebenströmen gehören Doppelleitungen zur Zuführung von Flüssigkeiten zu einer Lösung in der Verdampfungsanlage, wobei die erste Leitung eine erste Flüssigkeit mit größerer Konzentration als die zweite als Zufuhr von Flüssigkeit von einer vorhergehenden Arbeitsstufe zuführt, wozu Ventilanlagen in den Leitungen zur Regulierung des Zutritts der zu konzentrierenden Flüssigkeiten angebracht sind. Weiterhin führt eine dritte Leitung, in welcher Wärmeenergie auf die darin enthaltene dritte Flüssigkeit übertragen wurde, diese dritte Flüssigkeit zu der Verdampfungsanlage, um sie zu konzentrieren. Diese Flüssigkeit besteht praktisch aus derselben als der Inhalt der Verdampfungsanlage.

ίο Eine vierte Leitung dient zur Ableitung des aus der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage erzeugten Dampfes. Weiterhin ist noch eine fünfte Leitung zum Abziehen von konzentrierter Flüssigkeit aus der Verdampfungsanlage vorhanden. Eine auf die Konzentration ansprechende Einrichtung, beispielsweise ein Temperaturdifferenzregler, steuert das Ventil in der ersten Leitung, die die erste Flüssigkeit mit der größeren Konzentration zuführt, und eine auf das Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage ansprechende Einrichtung betätigt das Ventil in der zweiten Leitung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Summierer zwischen der auf die Konzentration ansprechenden Einrichtung,und der auf den Flüssigkeitsspiegel ansprechenden Einrichtung angebracht, wodurch sich eine gleichmäßigere Regelung ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung derartiger mehrfach wirksamer Verdampfungssysteme vermeidet einen derartigen Summierer, um die Regelangaben der auf die Konzentration ansprechenden und der auf das Flüssigkeitsniveau ansprechenden Einrichtung auszugleichen. Es wurde gefunden, daß eine einfachere und wirksamere Steuerung erreicht werden kann, wenn man eine auf die Konzentration ansprechende Einrichtung, beispielsweise einen Temperaturdifferenzregler, zur Betätigung des Ventils in der zweiten Leitung, die die Flüssigkeit von einer vorhergehenden Arbeitsstufe zuführt, verwendet und eine auf das Flüssigkeitsniveau ansprechende Einrichtung zur Betätigung des Ventils in der ersten Leitung, die eine erste Flüssigkeit mit größerer Konzentration als die der Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage in dieselbe zuführt, verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnähme auf die Zeichnungen näher erläutert. F i g. 1 zeigt ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die spezifisch zur Eindampfung von Zellflüssigkeiten, die bei der Elektrolyse von Salzlösungen erhalten werden, verwendet wird. Die Fig. 2 und 3 zeigen Fließschemen von andersartigen Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung.

In F i g. 1, die ein dreifach wirksames Gegenstromverdampfungssystem zeigt, bedeutet 1 eine Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe eines Verdampfungssystems mit dreifachen Arbeitsstufen, 2 bedeutet das Aufnahmegefäß der ersten Arbeitsstufe zur Aufnahme der in der Verdampfungsanlage der ersten Stufe 1 konzentrierten Lösung. 3 stellt einen Vakuumschnellverdampfbehälter dar, der einen Teil der im Aufnahmebehälter der ersten Stufe 2 dekantierten Lösung aufnimmt. 4 bedeutet den Aufnahmebehälter der zweiten Arbeitsstufe, der die in dem Verdampfer der zweiten Arbeitsstufe konzentrierte Lösung und Aufschlämmung aus der Aufnehmanlage der ersten Arbeitsstufe 2 erhält und der die dekantierte Lösung zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe 1 zuführt, während das Salz zu dem Aufnahmebehälter der dritten

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Arbeitsstufe oder zu einem anderen Gefäß (nicht Pumpe 36 abgezogen. Die Lösung von dem Verdampgezeigt) zugeführt wird. Die Salztrennanlage der fer der zweiten Stufe, im folgenden Zufuhr zur ersten ersten Stufe 5 trennt teilweise Salze aus der Lösung Stufe bezeichnet, wird durch Leitung 37 zu der Aufvon dem Verdampfer der ersten Arbeitsstufe 1 ab, nehmanlage 4 der zweiten Stufe geführt,
führt die Flüssigkeit zu der Lösung in dem Ver- 5 Das verbesserte Steuerverfahren für das System dämpfer 1 zurück und bringt die Aufschlämmung zu der F i g. 1 arbeitet auf folgende Weise: Wenn beider Aufnehmanlage der ersten Stufe 2. 6 stellt eine spielsweise die Konzentration der Lösung im Ver-Dampfanlage dar, die die Wärmeenergie an das Salz, dämpfer 1 zu steigen beginnt, ergibt sich ein Anstieg an die Flüssigkeit im Verdampfer der ersten Stufe 1 der Temperatur dieser Flüssigkeit und der Temperaabgibt. 7 stellt die Dampfanlage für den Verdampfer io turdifferenz zwischen den Thermoelementen an den der zweiten Stufe dar und erhält den aus der Flüssig- Enden der Leitungen 13 und 15 des Reglers 12. Die keit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1 verdampf- Regelung erfolgt so, daß dieser Anstieg der Tempeten Dampf. Durch das Regelventil 8 wird ein Teil der raturdifferenz die Zufuhrgeschwindigkeit zu der Lö-Flüssigkeit aus der Aufnehmanlage der ersten Stufe 2 sung in dem Verdampfer 1 durch Öffnung eines weiüber Leitung 9 zu der Flüssigkeit im Verdampfer der 15 teren Ventils 10 steigert. Wenn das Ventil 10 geöffnet ersten Stufe 1 zurückgeführt. Das Regelventil 10 führt ist, beginnt sich das Niveau in dem Verdampfer 1 zu die Flüssigkeit aus der Aufnehmanlage der zweiten erhöhen, so daß der Niveauregler 21 den Strom der Stufe 4 über Leitung 11 zu der Flüssigkeit in dem Flüssigkeit durch Ventil 8 beschränkt. Wenn das Verdampfer der ersten Stufe 1. 12 stellt einen Kon- Ventil 8 abgesperrt wird, beginnt sich das Niveau in zentrationsregler dar, welcher Temperaturdifferenzen 20 der Aufnehmanlage 2 zu heben, und der Niveauregler als Maß für die Konzentration verwendet. Linie 13 30 öffnet das Ventil 32, um das gestiegene Niveau in gibt eine Leitung von dem Konzentrationsregler 12, der Aufnehmanlage 2 zu senken. Dadurch wird verbunden mit einem Temperaturelement in der Flüs- gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit des Prosigkeit innerhalb des Verdampfers der ersten Stufe 1 duktes gesteigert. Der Anstieg der Geschwindigkeit wieder. Leitung 14 stellt die Verbindung von dem 25 der Produktentfernung zusammen mit dem Anstieg Konzentrationsregler 12 mit dem Regelventil 10 dar. der Zufuhrgeschwindigkeit zu dem Verdampfer 1 hat Leitung 15 verbindet den Konzentrationsregler 12 mit zur Folge, daß die Flüssigkeit in dem Verdampfer 1 einem Temperaturelement, welches in einer Entüber- der ersten Stufe bei niedrigerer Temperatur siedet, hitzungskammer 16 untergebracht ist, welche wie- wodurch ihre Temperaturdifferenz und Konzentration derum durch Leitung 17 mit der Dampfleitung der 30 zu dem vorbestimmten Fixpunkt zurückkehrt,
ersten Stufe 18 verbunden ist, welche von dem Ver- In F i g. 2 bedeutet 1 die erste Arbeitsstufe eines dämpfer der erste/i Stufe 1 zu dem Erhitzer 7 der dreifach wirksamen Verdampfungssystems. 6 stellt zweiten Stufe führt. Die Funktion des EntÜberhitzers einen Erhitzer dar, welcher die Wärmeenergie an das 16 besteht darin, die Sättigungstemperatur des Damp- Salz der Lösung in dem Verdampfer der ersten fes bei dem Betriebsdruck des Verdampfers 1 zu er- 35 Stufe 1 abgibt. 7 bedeutet den Erhitzer des Verdampreichen und eine entsprechende Temperatur einzu- fers der zweiten Stufe, gezeigt in Fig. 1, und erhält stellen, wodurch der Siedepunktsanstieg der Flüssig- Dampf von dem Verdampfer der ersten Stufe 1. Das keit in dem Verdampfer 1 gemessen werden kann. Regelventil 8 führt die Flüssigkeit von der Aufnehm-Leitung22 verbindet einen Niveauregler 21 mit dem anlage der ersten Stufe2, gezeigt in Fig. 1, über Regelventil 8. 40 Leitung 9 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. Das Die Lösung aus dem Verdampfer der zweiten Regelventil 10 führt die Flüssigkeit von der Aufnehm-Stufe wird durch Leitung 19 und Pumpe 20 im Kreis- anlage der zweiten Stufe 4, gezeigt in Fi g. 1, über lauf geführt. Konzentrierte Lösung aus dem Ver- Leitung 11 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. dämpfer der ersten Stufe 1 wird durch Leitung 23 12 a stellt einen Konzentrationsregler dar, der seine mittels Pumpe 24 im Kreislauf geführt. Ein Teil die- 45 Impulse von dem Übermittler 51 erhält. Leitung 13 ses Stromes wird zu dem Verdampfer der ersten verbindet den Konzentrationsregler 12 α mit dem GeStufe 1 über Erhitzer 6 und Leitung 25 zurückgeführt. ber 51 eines Strahlungsdetektors bzw. den Übermitt-Der restliche Teil wird durch Leitung 26 zu der Salz- lern 50 und 51. Detektor 50 und Geber 51 sind durch trennanlage der ersten Stufe 5 geleitet. Das Flüssig- eine elektrische Leitung 52 verbunden. Der Strahkeitsmaterial dieser Trennanlage 5 wird durch Lei- 50 lungsdetektor 50 mißt Änderungen in der Intensität tung 27 zu der Lösung im Verdampfer der ersten der Strahlung, die durch Änderungen der Konzentra-Stufe 1 zurückgeführt. Die Aufschlämmung wird aus tion der Flüssigkeit im Verdampfer 1, die die von der Trennanlage 5 durch Leitung 28 und Pumpe 29 einer Strahlungsquelle 53 ausgesandte Strahlung ababgezogen und durch ein Ventil 29 a zu dem Auf- sorbiert, verursacht werden. Leitung 14 verbindet den nahmebehälter 2 der ersten Stufe gesteuert. Die Auf- 55 Konzentrationsregler 12 a mit dem Regelventil 10. schlämmung aus der Trennanlage 5 wird in dem Auf- Leitung 22 verbindet Niveauregler 21 mit Ventil 8. nahmebehälter der ersten Stufe 2 in eine Flüssigkeits- Flüssigkeit von dem Verdampfer der zweiten Stufe, schicht und eine schwere Salzaufschlämmung getrennt. gezeigt in Fig. 1, gelangt durch Leitung 19 und Die schwere Salzaufschlämmung wird durch Leitung Pumpe 20 zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der 38 und Ventil 39 zu der Aufnehmanlage der zweiten 60 zweiten Stufe. Konzentrierte Flüssigkeit wird aus dem Stufe 4 geführt. Das Flüssigkeitsniveau der Aufnehm- Verdampfer der ersten Stufe 1 über Leitung 23 und anlage der ersten Stufe 2 wird durch einen Niveau- Pumpe 24 abgezogen. Ein Teil dieses Stroms wird zu regler 30 geregelt, welcher mit Leitung 31 mit einem der Flüssigkeit im Verdampfer der ersten Stufe über Regelventil 32 in der Flüssigkeitsleitung 33 verbunden Erhitzer 6 zurückgeführt. Der restliche Teil wird ist, die klare Lösung zu dem Vakuumschnellver- 65 durch Leitung 26 zu der Salztrennanlage der ersten dampfbehälter 3 abzieht. Leitung 34 verbindet mit Stufe 5, gezeigt in F i g. 1, geführt und gelangt zu der einer barometrischen Kondensationsanlage (nicht Lösung im Verdampfer der ersten Stufe 1.
gezeigt). Das Produkt wird durch Leitung 35 und In F i g. 3 stellt 1 die erste Arbeitsstufe eines drei-

stufigen Verdampfungssystems dar. Erhitzer 6 liefert die Wärmeenergie für die Flüssigkeit in der Verdampfungsanlage der ersten Stufe 1. 7 stellt den Erhitzer des Verdampfers der zweiten Stufe, gezeigt in Fig. 1, dar und erhält Dampf von der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1. Das Regelventil 8 führt die Flüssigkeit von der Aufnehmanlage 2 der ersten Stufe, gezeigt in Fig. 1, über Leitung9 zu der Flüssigkeit in dem Verdampfer der ersten Stufe 1 im Kreislauf. Regelventil IO führt die Flüssigkeit von der Aufnehmanlage der zweiten Stufe 4, gezeigt in Fig. 1 durch Leitung 11 zu dem Verdampfer der ersten Stufe 1. 12 a bedeutet einen Konzentrationsregler, der Impulse von einer Meßanlage für spezifisches Gewicht und Übermittler 60 erhält. Leitung 13 verbindet den Konzentrationsregler 12 a mit dem Übermittler der Meßanlage für spezifisches Gewicht und Übermittler 60. Die Meßanlage für das spezifische Gewicht hat eine Wasserspülleitung 61, die eine Bezugsmenge Wasser an einer Seite ihres Meßelements durch Bezugsschenkel 62 liefert. Die andere Seite ihres Meßelements ist durch Abtastleitung 63 mit einem niedrigeren Punkt als Leitung 62 an der Seite des Verdampfers verbunden, so daß diese andere Seite der unterschiedlichen Dichte der Flüssigkeit innerhalb des Verdampfers ausgesetzt ist. Leitung 14 verbindet den Konzentrationsregler 12 α mit dem Regelventil 10. Leitung 22 verbindet den Niveauregler 21 mit dem Regelventil-8. Flüssigkeit von dem in Fig. 1 gezeigten Verdampfer der zweiten Stufe geht über Leitung 19 und Pumpe 20 in den Verdampfer der zweiten Stufe. Konzentrierte Flüssigkeit wird aus dem Verdampfer der ersten Stufe 1 durch Leitung 23 und Pumpe 24 abgezogen. Ein Teil 25 dieses Stroms wird in den Verdampfer der ersten Stufe 1 über Erhitzer 6 zurückgeführt. Der restliche Teil wird durch Leitung 26 zu der Salztrennanlage der ersten Stufe 5, gezeigt in Fig. 1, geleitet. Leitung27 erhält Flüssigkeit aus der Salztrennanlage der ersten Stufe 5, gezeigt in Fig. 1, und leitet diese in den Verdampfer der ersten Stufe 1.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Gewünscht wird ein Produkt aus Leitung 35 der Fig. 1, welches eine gleichmäßige, vorbestimmte Konzentration aufweist. Ebenfalls wird gewünscht, den Flüssigkeitsspiegel und die Konzentration im Verdampfer 1 in Abhängigkeit von dem gewünschten Produkt und von den Eigenschaften des mehrfach wirksamen Verdampfungssystems auf vorbestimmten Werten zu halten.

Falls durch irgendeine Verfahrensstauung, beispielsweise einen Anstieg der Zufuhrgeschwindigkeit durch Leitung 9 und Ventil 8, der Flüssigkeitsspiegel in dem Verdampfungskörper 1 steigen sollte, ergibt der Niveauregler 21 einen höheren Ausstoßdruck, wodurch sich Ventil 8 weiter schließt.

Da das dreistufige System im Gegenstrom arbeitet, ist die Flüssigkeit in Leitung 11 von dem Verdampfer der zweiten Stufe stärker verdünnt als die Flüssigkeit im Verdampfer 1. Die Temperatur der Flüssigkeit im Verdampfer 1 würde also ansteigen wegen des Anstiegs des Zuflusses der konzentrierten Flüssigkeit aus Leitung 9 und Ventil 8; dadurch wird ein Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit im Verdampfer 1 und seiner entüberhitzten Dampf temperatur bei 16 verursacht. Der Konzentrationsregler 12 meldet dies über die Thermoelemente an den Enden der Leitungen 13 bzw. 15 und sein Ausstoßdruck steigt, wodurch sich Ventil 10 weiter öffnet, so daß mehr verdünnte Flüssigkeit von der zweiten Arbeitsstufe zugelassen wird. Es wurde gefunden, daß bei gleichzeitiger Senkung der Strömung durch Ventil 8 und Leitung 9 und Anstieg der Strömung durch Leitung 11 und Ventil 10 gleichzeitig das Niveau der Flüssigkeit im Verdampfer 1 gesenkt wird und die Arbeitsbedingungen in dem Verdampfer 1 wieder an ihren vorbestimmten Normalwert gebracht werden.

Falls bei Fig. 1 die Temperaturdifferenz in der Flüssigkeit im Verdampfer 1 abfallen sollte, fällt der Ausstoßdruck des Konzentrationsreglers 12 ebenfalls, wodurch Ventil 10 sich weiter schließt, so daß sich das Flüssigkeitsniveau im Verdampfer 1 senkt. Der Ausstoßdruck des Niveaureglers 21 senkt sich, wodurch sich Ventil 8 öffnet, so daß mehr konzentrierte Flüssigkeit mit größerer Geschwindigkeit durch Leitung 9 zutritt, wodurch das Flüssigkeitsniveau steigt. Da die Flüssigkeit in Leitung 11 konzentrierter als die Flüssigkeit im Verdampfer 1 ist, kehrt die Temperatur zu dem festgesetzten Punkt zurück. ,

Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß durch die vorstehende Regelung im Vergleich zu bisher angewandten Methoden viele Vorteile erzielt werden. Beispielsweise bestand bei F i g. 1 ein von einigen Herstellern angewandtes Verfahren darin, die Konzentration der ersten Arbeitsstufe so zu regeln, daß der Ausstoß des Konzentrationsreglers 12 mit Ventil 32 verbunden wurde. Ventil 8 war dann mit dem Ausstoß vom Niveauregler 30 verbunden. Durch dieses Verfahren wurde eine dreistufige Verzögerung in das System eingebracht. Wenn beispielsweise die Konzentration in 1 steigt, öffnet zuerst der Regler 12 das Ventil 32 und vermindert das Niveau in dem Aufnahmebehälter 2 der ersten Stufe. Als zweites meldet Niveauregler 30 den Niveauabfall im Aufnahmebehälter 2 und schließt Ventil 8, wodurch das Niveau der Flüssigkeit im Verdampfer 1 der ersten Stufe 1 fällt; als drittes meldet Niveauregler 21 den gefallenen Spiegel und öffnet Ventil 10, wodurch erneut verdünnte Flüssigkeit von der früheren Arbeitsstufe zutritt, so daß die Konzentration zum Regelpunkt zurückkehrt. Bei Vergleich des erfindungsgemäßen Zweistufenregelverfahrens mit dem vorstehend erwähnten Dreistufenverfahren ergab sich, daß die Abweichungen von einem gegebenen Konzentrationsfestpunkt von kürzerer Dauer und geringerem Ausmaß sind, so daß sich ein einheitlicheres Produkt von höherer Qualität ergibt.

Das Verfahren der Erfindung ist nicht auf die Anwendung eines Temperaturdifferenzreglers zur Messung oder Steuerung der Konzentration der Flüssigkeit in der mehrstufen Verdampfungsanlage beschränkt. Es kann auch jede andere geeignete Einrichtung angewandt werden. Zum Beispiel kann, wie in F i g. 2 gezeigt, ein Strahlungsdichte-Meßgerät zur Messung der Konzentration der Flüssigkeit im Verdampfer 1 angewandt werden, wobei die Absorptionswirkung der Flüssigkeit für die Strahlung bestimmt wird. Eine andere Möglichkeit besteht in der Messung des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit im Verdampfer 1, wie in F i g. 3 gezeigt. Es gibt noch verschiedene andere bekannte Methoden, um die Konzentration in Abhängigkeit von der Flüssigkeit in dem Verdampfer zu messen, die für die vorliegende Erfindung ebenfalls geeignet sind. . ...