DE1947218A1

DE1947218A1 - Elektronische Vorrichtung zur Kontrolle von Ionen-Austauschprozessen

Info

Publication number: DE1947218A1
Application number: DE19691947218
Authority: DE
Inventors: Iglesias Manuel Adroer
Original assignee: Sintex Organico Ind S A
Current assignee: Sintex Organico Ind S A
Priority date: 1968-09-19
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3618769A; FR2018471A1; GB1286677A; DE1947218B2

Description

PATENTANWALT

3 HANNOVKR · (CHACKSTHAS·! 1 -TELiCON (OSIl) »14088 · KABEL PATEHTIOH HAHKOVCR

t - t

Sintex Organico-Industrial, S.A. .218/10

Elektronische Vorrichtung zur Kontrolle von Ionen-Austauschprozessen

Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zur Kontrolle von Ionen-Austauschprosessen, die anzeigt, wenn ein Ionen-Austauscher erschöpft ist und regeneriert werden muß. Dies ist eine sehr nützliche Eigenschaft, da hierdurch periodische Analysen des Eluats entbehrlich werden.

Bekanntlich schwankt der spezifische Widerstand

O O 9iL 11/17 Q 4

eines Ionenaustauschharzes entsprechend dem Ion, das die aktiven Punkte des Harzes neutralisiert. Beispielsweise ändert sich der spezifische Widerstand eines Kation-AustausohharzeSf je nach dem ob es in Form von Natrium, Kalzium, oder Magnesium vorhanden ist. Im ersten Fall ist der _ . spezifische Widerstand kleiner als in den anderen Fällen.

Biese Eigenschaft hat man bei der Konstruktion von verschiedenen Vorrichtungen zur Ermittlung der Erschöpfung eines lonen-Austauschbettes ausgenutzt, und zwar ausgehend von der Brundlagei daß die Erschöpfung vom Ort des Eluateintrittes zum Ort deö Eluataustrittes zunimmt - das heißt, der Bodenteil des Bettes , der im allgemeinen das dem Auslaß nächste Teil ist, bleibt bis nahezu zum Ende des Prozesses weitgehend in seiner ursprünglichen Form. Es gibt auch eine Übergangszone, deren Breite schwankt, die aber stets relativ Schmal ist, und während des Prozesses durch das Bett absinkt. Von diesen Eigenschaften geht die Erfindung aus.

Die Erfindung besteht darin, daß die¹ Vorrichtung eine dem Quotienten zweier Widerstände proportionale Spannung abgibt, wobei der Widerstand im Zähler der zwischen swe.i Elektroden gemessene * Widerstand ist, die in einem lonenaustauschbett in geringem Abstand vom Austrittpunkt des Eluats angeordnet sind, während der Widerstand im Nenner der zwischen zwei Elektroden gemessene Widerstand ist, die in einer mit erschöpftem Harz gefüllten Isolierstoffzelle angeordnet sind, durch die die unbehandelte Flüssigkeit

JUL9J.1&/X7JU-

fließt, bevor sie in den Ionenaustauscher gelangt» daß die Spannung nach Verstärkung zur Betätigung eines Anzeigeinstruments und zur Lieferung zweier Signale mit unterschiedlichem Pegel über geeignete digitale Schaltkreise dient, wobei das eine Signal bei einem Spannungswert, der erschöpftem Harz entspricht, abgegeben wird, während das andere Signal bei einem Spannungswert abgegeben wird, der etwas kleiner aber nahe der Spannung ist, die dem regenerierten und von Regenerierungsflüssigkeit freien Harz entspricht, und daß das Vorhandensein oder Nichtvorhsndensein solcher Signale dazu dient, eine Warnung und/oder einen automatischen Regenerierungsprozeß auszulösen, die Vollendung des Ausstoßes der Regenerierungsflüssigkeit anzuzeigen und ggfs. dae System von offenen und geschlossenen Absperrgliedern in der Weise umzusteuern, daß das Eluat hindurchläuft, oder bei einem automatischen Regenerierungsprozeß eine Warnung auszulösen, falls aus irgendeinem Grunde die Regenerierungslösung nicht in das Austauschbett durchgedrungen ist.

Der Behälter für das erschöpfte Harz kann ggfs. durch zwei parallel geschaltete Widerstände ersetzt werden, von denen einer ein Pestwiderstand ist, während der andere ein mit Elektroden versehener Behälter ist, durch den die Flüssigkeit fließt, bevor sie in das Austauschbett eintritt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der parallel zum Behälter liegende Widerstand aus einer Gruppe von in Reihe und parallel zueinander geschalteten Widerständen

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bestehen,, von denen einer ein Thermistor oder ein sich mit der Temperatur ändernder Widerstand ist, der in der Röhre angeordnet ist, durch die die Flüssigkeit vor ihrer Behandlung hindurchfließt, so daß der Widerstand nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, aber die gleiche Temperatur wie diese hat. Der Gesamtwiderstandswert änaert . sich dann bei verschiedenen Temperaturen weitgehend proportional zu dem spezifischen Widerstand , den das erschöpfte, in die Flüssigkeit getauchte Harz vor der Behandlung haben würde.

Falls der Behälter für das erschöpfte Harz durch zwei Parallelwiderstände ersetzt wird, von denen einer ein fester, dem Harz innewohnender Widerstand ist, ganz gleich, in welchem Zustand sich dieses befindet, während der andere ein variabler Widerstand ist, der durch das Wasser gebildet wird, in dem sich das Harz befindet, kann das System nur ein ungefähres Ergebnis geben. Dies wird augenscheiiiiica, wenn das Harzbett schematisch in der Weise betrachtet wird, daß die Harzkügelchen den Festwiderstand darstellen und das Wasser in Form eines ununterbrochenen Mediums den. variablen Widerstand bildet. Obwohl das Harz kein ununterbrochenes Medium bildet und das V/asser, in dem die Kugelchen sich befinden, die elektrische Kontinuität herstellt, muß davon ausgegangen werden, daß ein zum Wasser gehörender Widerstand existiert, der in Reihe mit dem inneren Widerstand des Harzes liegt.

Gemäß diesem genaueren Kriterium enthält das System

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zur Nachbildung des Widerstandes zwischen den Elektroden einer in Wasser getauchten Harzmasse zwei Widerstandszweige, von denen der eine den Widerstand des Wassers' zwischen den Elektroden in einem Behälter darstellt, während der andere, parallel zum ersten Zweig liegende Zweig einen Pestwiderstand und den Widerstand des V/assers in einem zweiten Behälter enthält, dessen Kennwerte so sind, daß der damit gemessene Widerstand kleiner ist als der in dem ersten Behälter gemessene Widerstand.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Fachbildung des Widerstandes zwischen den Elektroden einer in Wasser getauchten Harzmasse, einer der beiden Widerstandszweige ein Festwiderstand, während der andere,parallel zum ersten Zweig liegende Zweig aus einem Festwiderstand besteht, der kleiner als der erste Widerstand ist und der in Reihe mit dem zwischen den Elektroden eines Behälters ; gemessenen Widerstand liegt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung sind zur Kompensation von Schwankungen der Harztemperatur die Pestwiderstände jeweils durch die Parallelschaltung eines Thermistors mit einem Pestwiderstand ersetzt, wobei das System in Reihe mit einem anderen Pestwiderstand liegt, so daß die Thermistoren Wassertemperatur annehmen, ohne in direktem Kontakt mit dem Wasser zu sein. - ^;

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird diese nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten

00 9813/17 04. __

Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Elektrodenpaares für das Harz;

Figur 2 eine andere Ausführungsform der Elektroden;

Figur 3 eine Ausführungsform einer Gruppe von Elektroden' zur Messung des Widerstandes des unbehandelten Wassers;

Figur 4 eine Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 eine elektronisches Schaltbild der Erfindung;

Figur 6 ein anderes elektronisches Schaltbild der Erfindung;

Figur 7 eine Kette von Harzkügelchen mit dem Wasser, in dem sie sich befinden;

Figur 8 eine grafische Darstellung, die die

mit der Ausführungsform gemäß Figur erzielte Kompensation zeigt;

αα084U V7Ö-4-

Figur 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Figur 10 ebenfalls eine weitere Ausführungsform der Erfindung und

Figur 11 eine Ausführungsform der Erfindung,

bei der Thermistoren verwendet werden.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Prozeß der Wasserenthärtung - das heißt, Ersatz von Kalzium-und Magnesium-Ionen durch Natrium-Ionen, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Wasserenthärtung beschränkt.

Wenn zwei Elektroden in einem Abstand von etwa 12 bis 15 cm vom Ende einer.Austauschsäule angeordnet werden und während des Prozeßablaufes Messungen des spezifischen Widerstandes vorgenommen werden, wird man feststellen, daß der spezifische Widerstand einen konstanten Wert hat, bis die Elektroden die Übergangszone errreichen, worauf die Meßwerte des spezifischen Widerstandes zunehmen. Diese Zunahme hält an, bis eine Stabilisierung bei einem hohen Wert einsetzt, der den in die erschöpfte Zone eingetauchten Elektroden entspricht.

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" Bei einem normalen Enthärtungsprozeß können noch sehr geringe Schwankungen beobachtet werden, wenn das Waeser weiterhin das erschöpfte Bett durchströmt, was vermutlich daher rührt, daß das Wasser üblicherweise sowohl Kalzium als auch Magnesium enthält, deren Ionen zur Sättigung der erschöpften Säule dienen, so daß die Säule mit einem der Ionen,das nachfolgend durch Ionen des anderen Typs ersetzt wird, gesättigt "bleibt. Diese geringen Schwankungen sind unwichtig, weil sie einerseits sehr gering sind, und andererseits bei der industriellen Wasserenthärtung die Regenerierung schon lange vor dem Auftreten dieser geringen Schwankungen erfolgt sein sollte.

Es wäre daher denkbar, ein Zontrollverfahren zu entwickeln, das auf der Messung des spezifischen Widerstandes des Harzes im Bodenteil des Austauschbettes basiert, jedoch ergeben sich in der Praxis aus den folgenden Gründen sehr schwierige Probleme:

(a) Der tatsächlich gemessene spezifische Widerstand ist der spezifische Widerstand der von Wasser umgebenen Harzpartikel und nicht der dem Harz innewohnende spezifische Widerstand; demzufolge hat der.spezifische Widerstand des Wassers einen erheblichen Einfluss auf das Meßergebnis. Der spezifische Widerstand des Wassers hängt von den gelösten Salzbestandteilen ab, die je nach dem verfügbaren Wasser in weiten Grenzen schwanken können. Die Meßgrößen von regeneriertem Harz und erschöpftem Harz

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können daher von Fall zu Fall sehr stark schwanken, und es kann sogar vorkommen, daß der spezifische Widerstand eines zur Behandlung eines bestimmten Wassers benutzten erschöpften Bettes kleiner ist als der spezifische Widerstand des regenerierten Bettes bei Behandlung eines anderen Wassers.

(b) Die spezifischen Widerstände sind temperaturabhängig, so daß die spezifischen Widerstände des regenerierten Bettes und des erschöpften Bettes mit der Temperatur schwanken.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die nicht Widerstände sondern die Widerstandsdifferenz zwischen· 'zwei Elektrodenpaaren messen, die an verschiedenen Pegeln des Austauscherbettes angeordnet sind. Nach der Regenerierung ist keine Differenz vorhanden, aber wenn sich die Erschöpfung ausbreitet und die Übergangszone das obere Elektrodenpaar erreicht, wird eine Differenz festgestellt,·die dazu ausgenutzt werden kann, eine Warnung auszulösen oder einen gesteuerten Regenerierungsprozeß einzuleiten. Hierdurch werden zwar die erwähnten Nachteile vermieden, jedoch ist eine derartige Vorrichtung aus den folgenden Gründen unbefriedigend;

(a) Die Vorrichtung ermittelt nur Differenzen und gibt daher keine Warnung, wenn beide Elektrodenpaare den gleichen spezifischen Widerstand feststellen, sei es weil das Bett regeneriert oder erschöpft oder im Regenerier- ·» Vorgang (eingetaucht in eine Regenerierungslösung) begriffen

(b) Der Wert der ermittelten Widerstands-

differenz hängt auch vom spezifischen Widerstand des Wassers ab, so daß für den Pail, daß das Wasser ein guter elektrischer Leiter ist, die Differenz kleiner ist , als wenn das Wasser schlecht leitet. Außerdem kann die Warnung nicht bei der kleinsten feststellbaren Differenz ausgelöst werden, da ein ausreichender Sicherheitsabstand verbleiben muß, um eine zufällige Betätigung auszuschließen. Wenn das behandelte Wasser einen hohen gelösten Salzgehalt aufweist, ist aber die verfügbare Zone für dieses Signal sehr klein, so daß es unmöglich ist, einen ausreichenden Sicherheitsabstand vorzugeben.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und sorgt .in einer Weise für eine wirksame Kontrolle aller Phasen, , die der Austauscher durchläuft, die mit keiner der bekannten Vorrichtungen und Systeme verwirklicht werden konnte.

Vornehmlich "beruht die Erfindung auf folgendem: Es wurde eine Anzahl von Versuchen mit Wasser sehr unterschiedlicher Zusammensetzung unternommen, wobei jeweils der spezifische Widerstand im Ionenaustauschbett gemessen wurde, und wobei das Harz in Uatriumform und erschöpft war. Es wurde gefunden, daß die Differenzen zwischen den "beiden spezifischen Widerständen voneinander in den verschiedenen Milen erheblich abwichen, aber das Verhältnis zwischen ihnen

relativ konstant blieb. Folglich mußte eine Vorrichtung, die in der Lage ist, den Quotienten der Widerstände zwischen im Bodenteil eines Harzbettes angeordneten Elektroden und zwischen anderen Elektroden , die den spezifischen Widerstand des erschöpften Harzes, durch das fortlaufend das unbehandelte Wasser fließt, zu messen, temperaturkompensierte Meßergebnisse wie im vorliegenden Pail liefern und eine größere Kompensation von Schwankungen in der Wasserzusammensetzung ermöglichen. Die im Ergebnis geschaffene Vorrichtung kann für Wnsser mit in weiten Grenzen abweichender Zusammensetzung verwendet werden, ohne das eine Angleichung vorgenommen werden muß. :

Bei industriellen Versuchen wurde festgestellt, daß der spezifische Widerstand von Harz in seiner Natriumform 55 bis 57$ des spezifischen Widerstandes von erschöpftem ^: Harz beträgt, wenn Wasser mit einer Härte von 15 ° ΪΗ (French ) (= insgesamt 150 ppm CaCo,) mit einem Gesamtsalzgehalt in der Größenordnung von 280 ppm verwendet worden ist. ι Dieses Verhältnis beträgt 58 bis 60 $ für 189^Ö TH Wasser Ϊ mit einem gelösten Salzgehalt von 7 350 ppm. Natürlich ist der in diesen beiden Fällen stark abweichende Faktor die Resthärte des einfließenden Mediums, jedoch ist dies eine andere Angelegenheit.

Wenn die Vorrichtung so geeicht wird, daß das Signal "Harz erschöpft" gegeben wird, wenn der im Bodenteil des Bettes gemessene spezifische Widerstand zwischen 70 bis 75$ des spezifischen Widerstandes des erschöpften Harzes beträgt,

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arbeitet die Vorrichtung gleich gut und ohne MeUeinsteilung "bei "beiden der oben angegebenen Wassersorten.

Ein weiterer Vorteil einer gemäß der Erfindung arbeitenden Vorrichtung besteht darin, daß diese Daten liefern kann und zur Durchführung verschiedener, auf andere Weise nicht durchführbare Operationen benutzt werden kann, nämlich:

(1) Wenn die Vorrichtung ein Anzeigeinstrument (Mikro-Amperemeter ,Registrierkarte usw.) zur Anzeige des Wertes der erwähnten Beziehung enthält, kann der Augenblickszustand des Austauschbettes zu jeder Zeit festgestellt werden. Das Bett wird während der Regenerierung in eine konzentrierte Salzlösung getaucht, und so ist der durch die Elektroden am Boden des Bettes gemessene spezifische Widerstand während der Regenerierung sehr niedrig - in der Regel weniger als 10$ des spezifischen Widerstandes von erschöpftem Harz, das in unbehandeltes Wasser getaucht ist. Wenn die Vorrichtung enthärtet, und das Harz in seiner Matriumform ist, liegt der gemessene Wert normalerweise zwischen 45 und 65$, und wenn das Harz zwischen den Elektroden erschöpft ist (Ende des Zyklus), oder der Erschöpfung entgegengeht, so liegt der gemessene Wert irgendwo zwischen 65 und 100$.

(2) Die Differenz in der Widerstandsbeziehung oder dem Verhältnis zwischen dem Zustand, wenn die Regenerierungsflüssigkeit sich in dem Bett befindet und wenn die Vorrichtung frei von Regenerierungsflüssigkeit ist und ent-

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härtetes Wasser liefert, kann dazu verwendet werden, ein Signal auszulösen (etwa "bei einem Zwischenwert von 40$); sofern die Regenerierung automatisch, erfolgt, kann ein solches Signal dazu dienen, den Verfahrensschritt, in dem Regenerierungsflüssigkeit ausgestoßen wird, zu beenden und dem Wasser den Durchlaß zum Ausgang für enthärtetes Wasser freizugeben.

(3) Bei einem System mit automatischer Regenerierung kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung feststellen, wenn der Zufluß der Regenerierungsflüssigkeit zum Bett ausfällt (Tank mit Regenerierungsflüssigkeit ist leer, Ausfall von Pumpe oder Düse etc.) . In diesem Fall würde das Verhältnis der spezifischen Widerstände nicht in dem Ausmaß abnehmen, als es der Pail bei Einführung der Regenerierungslösung wäre. Der automatische Ablauf kann daher so ausgelegt werden, daß eine Warnung abgegeben wird, falls das Verhältnis der spezifischen Widerstände während der Regenerierungsperiode nicht abfällt.

Keine dieser Eigenschaften kann mit einer Vorrichtung verwirklicht werden, die lediglich Widerstandsdifferenzen zwischen zwei an verschiedenen Pegeln in einem Austauschbett angeordneten Elektrodenpaaren feststellt.

Das System zur Gewinnung dieser Meßergebnisse wird weiter unten diskutiert, jedoch sei vorab noch einiges bezüglich der Elektroden vorausgeschickt. Zweckmäßigerweise werden sehr kleine Ströme und verhältnismäßig hohe Frequenzen von 1 kHz oder mehr verwendet. Zufriedenstellende Elektroden für das Harz können in der Form von 2 Edelstahlzylindern 1 , 2 gemäß Figur 1 ausgeführt sein, die etwa 35 bis 40 mm Durch-

-H-

messer und 10 bis 12 mm Länge aufweisen und mit einem , Zwischenraum von 50 bis 70 mm auf einem Kunststoff zylinder 3 angeordnet sind. Die dem Rand des Behälters nähere Elektrode ist geerdet, wie alle Metallteile des Austauschers. Die , gemessenen Widerstände sind gering, in der Regp 1 kleiner • als 100 Ohm.

: Das Bezugselektrodenpaar - d.h., das Elektrodenpaar,

das den spezifischen Widerstand des erschöpften Harzes j mißt - kann in der Porm von zwei Edelstahlstäben 5 , 6 ! ausgebildet sein, wie sie in Eigur 2 erkennbar sind, und die j in einer Kunststoffzelle 7 angeordnet sind. Die Zelle ist j mit Harz 8 gefüllt, und als Nebenschluss zur Einlaßleitung [ des unbehandelten Wassers geschaltet. Diese Anordnung mag I zwar einige praktische Nachteile aufweisen, da das Harz ; niemals regeneriert oder gewaschen werden darf (im Gegensatz zu dem Harz im Austauschbett),so daß das Harz 8 durch im , Wasser mitgeführte Fremdkörper verunreinigt werden kann, und weil weiterhin, falls die das Harz absichernde Membran bricht,das Harz verlustig gehen kann. Um jedoch diese möglichen Nachteile zu überwinden, kann der beschriebene Behälter für das Harz 8 in einfacher Weise wie folgt ersetzt werden.

Es wurde bei vielen Versuchen festgestellt, daß der durch die Elektroden in einem Harzbett gemessene Widerstand . als Parallelschaltung zweier Widerstände aufgefaßt werden

kann, von denen der eine der Widerstand, des Wassers und der ι
! andere der Widerstand des Harzes ist. Dies läßt sich, anhand

eines Schaubildes erkennen, in*dem die Ordinate den zwischen

.0-08 813/17 Oi

den Elektroden gemessenen Widerstand und die Abszisse den spezifischen Widerstand des Wassers darstellt. Alle Vierte, die dem Harz in seiner ilatriumform oder der erschöpften Form entsprechen, können zu Kurven verbunden werden, die annähernd und über eine breite Zone reproduzierbar sind, wobei die Ordinate die Resultierende einer angenommenen Parallelschaltung aus einem dem spezifischen Widerstand von Wasser proportionalen Widerstand und einem Pestwiderstand darstellt, während die Abszisse den spezifischen Widerstand des Wassers darstellt.

Der Behälter für das erschöpfte Harz kann daher durch einen Pestwiderstand gebildet· Werden, der parallel zu einer Zelle liegt, die den Widerstand des unbehandelten Wassers mißt. Pigur 3 zeigt eine Elektrodenart, die ein befriedigendes Ergebnis auf der Basis einer einzelnen Elektrode 11 und einer geerdeten Doppelelektrode 12 gebracht hat.

Pigur 5 zeigt das Schaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Ein Oszillator 15 , der auf einer Prequenz zwischen 1 bis 5 kHz arbeitet, liefert eine sinusförmige, rechteckförmige oder andere Schwingung konstanter Amplitude. Ein fester Anteil der Oszillatorausgangsspannung V₀ wird der Basis eines Transistors T₁ zugeführt. Der Gleichstromemitterwiderstand ist r^ und die Wechselstromemitterimpedanz

^r1 " ^R1
ist ρ = ■ ' ' ' . Alle Kapazitäten 16 können bei der

^r1 ^{+ R}1
Arbeitsfrequenz als Kurzschlüsse betrachtet werden.

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De r Widerstand r/ ist fest , und der Widerstand R^ ist der Widerstand des Behälters, durch den das unbehandelte V/asser fließt. IL ist daher variabel. Wenn r.. in geeigneter Weise gewählt wird, dann ist £ annähernd proportional dem spezifischen Widerstand des in unbehandeltes V/asser getauchten erschöpften Harzes.

Die Kollektor-Wechselspannung Vc ist umgekehrt

""* 1 proportional dem Widerstand p_ Vc = K. — . Diese Spannung

·*· —· I P

wird' durch A mit einer Verstärkung Ga verstärl"⁴^ und man

erhält Va = k, G_n 1 = K₀ 1 Si r_o»R2; we:-ji die

ι a ρ c ρ c-

E ingangs impedanz en der Verstärker 17» 18, 19 ■ ". größer als R2 sind, dann ist Ve = |§K2 = ~| · ψ. Z_T ^ ., wobei R2 den Widerstand darstellt, der von den in der. Bodenteil des Aus tauschte tte s getauchten Elektroden gerne sse-.i wird — d.h. Ve_- ist porportional dem Quotienten des Widerstandes des Harzes im Bodenteil des Bettes, geteilt durch den Widerstand des erschöpften Harzes.

Über den Verstärker 17 kann Vis auf einein Instrument (Mikroamperemeter, Registrierkarte usw.) abgelesen v/erden. Die Verstärker 18 , 19 steuern bistabile Kippschaltungen E, P an, die bei vorbestimmten Werten von Ve umkippen, wobei diese Werte von den entsprechenden Verstärkungen G der Verstärker 18, 19 abhängen. Die Verstärkungen G können eingestellt werden, um eine Auslösung bei gewünschten Pegeln zu erhalten, wobei der eine Pegel der Anzeige der Erschöpfung und der andere Pegel dem Ende des Ausstoßes der Regenerierungsflüssigkeit zugeordnet wird. Die bistabilen Schaltungen betätigen Relais 21, 22, die entweder eine Warnung auslösen

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oder zu geeigneten Zeiten die Verstellung zugeordneter automatischer Systeme einzuleiten.

Figur 6 zeigt eine andere Schaltung zur Verwendung bei η baer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Ein Gssiilator 25» der bei einer Frequenz zwischen 1 bis 5 kHz arbeitet, liefert eine Wechselspannung Vo; die Kapazitäten 26 können bei der Arbeitsfrequenz wiederum als Kurzschlüsse betrachtet werden; R1 bedeutet den Widerstand des Behälters, der in der Eintrittsleitung des unbehandelten Wassers angeordnet ist, und R2 bedeutet den. Widerstand, der durch die Elektroden im Harzbett gemessen wird. Daher ist, falls p4C^ra ^a R,-

_r ρ = -J 1 Va = -2- -P

r.j + R.J ra

= kip V, = -Ä- R₂ =

^r2

Wenn die Verstärkung der Verstärker 27 » 28 GL bzw.

ist, dann ist Y_n = kj

Die verwendete Schaltung ist eine bei Analogrechnungen übliche Schaltung zur Spannungsteilung durch implizite Rechnung unter Verwendung eiias Vervielfachers 29 und eines Verstärkers 30. Daher ist

* J krt (?.-■■ DO TJO

V - - Ir " ■■ s Tr ^ά ^u -»- . ~ - TT ^Άιί

^{β 3}V ³K, G P P

c .1 c

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Die Spannung Ve_- kann verstärkt und wie im vorhergehenden Pail auf ein Anze ige instrument ge gehen, v/erden oder Relais "betätigen.

Wie schon erwähnt, liefert eine elektronische Vorrichtung der beschriebenen Art eine Spannung_s die dem folgenden Widerstandsverhältnis proportional ists

γ - ic —£—

^Rc

Hierin bedeutet R den Widerstand, der zwischen, den Elektroden in einem in V/asser get&uehten erschöpften Harzbett gemessen wird, während R den Widerstand darstellt, der

durch ein System von Ohmschen und elektrolytischen Widerständen gebildet wird, die in geeigneter Weise so angeordnet sind, daß sie entweder den Widerstand reproduzieren, den das erschöpft© Harz haben würde, wenn es in das behandelte Wasser getaucht würde, oder aber einen Wert, der dem zuletzt erwähnten Widerstand proportional ist. Wenn diese Proportionalität richtig ist, und Wasser verschiedenartiger Zusammensetzung durch das Bett erschöpften Harzes geleitet wird, müßte der erzielte Wert für V unabhängig vom spezifischen Widerstand des Wassers konstant sein.

Das in Figur 4 "beschriebene System enthält einen Festwiderstand r, eine Kapazität £ und einen Behälter A, der von dem Wasser, dessen Widerstand gemessen werden soll, durchflossen wird. Die einzige Funktion der Kapazität £

ist die Verhinderung eines Gleichstromflusses durch das V/asser, a"ber der Wert der Kapazität £ ist groß genug, daß ihre Impedanz vernachlässig"bar für einen Wechselstrom der "benutzten Frequenz ist.

Die rait der Anordnung gemäß Figur 4 erzielbare compensation ist gut , jedoch nicht vollkommen ₉ und die Kurve V = f ( g ) (rho = Widerstand des unbehandelten V/assers) hat die in Figur 8 grafisch dargestellte Form .

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 9 gezeigt, in der eine Kapazität C und zwei Behälter A, B die vom Wasser durchflossen sind, zu erkennen sind. Der Behälter A hat eine Konstante, die gleich eins angenommen werden kann, und der andere Behälter 3 , der in Reihe mit einem Widerstand r liegt, hat eine unterschiedliche Konstante, die von der Harzcharakteristik (Größe der Kugelchen) abhängen kann. Die Behälter sind so gewählt, daß der in Behälter B gemessene Widerstand wesentlich kleiner ist als der Widerstand im Behälter A. Ein typischer Wert für 3 liegt zwischen 5 'bis 1Q$ von A und hängt von den individuellen Umständen ab.

Diese Anordnung entspricht der physikalischen Darstellung von Figur 7, wo angenommen ist, daß der Widerstand zwischen den Elektroden einer in Wasser 32 eingetauchten Harzma&se die Form eines Wasserwiderstandes mit Parallelschaltung zweier Serienwiderstände annimmt, von denen einer der dem Harz 31 innewohnende Widerstand und der andere der Widerstand

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des V/assers 32 ist. Diese Anordnung ergibt einen nahezu absoluten konstanten Wert für V bei unterschiedlichen Werten des spezifischen Widerstandes des Wassers; die Schwankungen, die bei Versuchen unter Verwendung von Lewatit-S-100 festgestellt wurden, waren weniger als 2fo über einen Bereich für einen spezifischen Widerstand des Wassers τοη 800 bis 4 000 Ohm/cm. '

Ein anderes erprobtes System gemäß der Erfindung, das in Figur 10 dargestellt ist, enthält einen Widerstand r₂ in Reihe mit einem Behälter A , sowie einen Widerstand r",| in Parallelschaltung au A, r_g und einer Kapazität C Es kann keine physikalische Darstellung für diese Ausführungsform gegeben werden, die als Verbesserung der- ir. .Figur gezeigten Ausführungsform entwickelt wurde. ?;■-.. aer Anordnung gemäß Figur 1Q wurde fest-gestellt_s daß bei einer Vergrößerung von r_ V bei höheren spesifischen Widerständen des Wassers eine bessere Konstanz seigte als bei niedrigen spezifischen Widerständen, r.. erhält einen hohen Wert, um bei hohen spezifischen Widerständen ein befriedigendes Verhalten zu erreichen, während r« nahezu keinen Einfluss auf den Gesam-twiderstand des Zweiges hat, der durch die Kapazität C₈ den Widerstand r₂ und den Behälter A gebildet wird. Durch den Widerstand r₂ soll ein befriedigendes Ergebnis bei geringen spezifischen Widerständen des Wassers sichergestellt werden, wenn r₂ einer- wesentlichen Anteil des Gesamtwiderstandes von dem Zweig bildet, um den Verlauf bei geringen spezifischen Widerständen des Wassers zu verflachen. Bei Versuchen mit Lewatit-S-100 betrug die

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maximale Änderung größenordnungsmäßig 6 oder 7 ^cß> für eine Änderung des spezifischen Widerstandes des Wassers von 800 bis 4 000 Ohm/cm.

Die "beschriebenen Schritte ermöglichen es, einen Viert für Y zu erreichen, der weitgehend unabhängig von dem spezifischen Widerstand des Wassers ist.

Es erfolgt jedoch keine Kompensation von Änderungen des dem Harz innewohnenden Widerstandes infolge von Tempera tür Schwankungen. Eine Möglichkeit der Tempera turlcoiapensation besteht in dem Ersatz jedes der Festwiderstande in den zuvor beschriebenen Systemen durch eine Gruppe von drei Widerständen, von denen einer ein Thermistor t_ und die anderen beiden r_ und r^ Pestwiderstände sind. Hierdurch und vorausgesetzt, daß die Feswiderstände sowie der Thermistor entsprechende Werte erhalten, kann der Gesamtwiderstand ungefähr proportional den Teiaperaturschwankungen geändert werden. Änderungen des inneren Widerstandes des erschöpften Harzes können als den Temperatur-Schwankungen porportionale Änderungen betrachtet werden_# wenn sie klein sind.

Das in Figur 9 gezeigte System kann, wenn es zusammen mit einer Gruppe fester Widerstände und einem Thermistor verwendet wird, eine sehr befriedigende Temperaturkompensation ergeben. Die Temperaturkompensation bei den anderen Systemen ist nicht so optimal, obwohl die Schwankungen in diesem Falle auch sehr reduziert werden« Thermistoren müssen in einer

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Kapsel in Kontakt mit dein Wasser angeordnet werden, urn einen unmittelbaren Kontakt & «zischen Thermistor uiid Wasser zn verhindern, da andernfalls Kurssclilüsse auftreten würde: aber auch aus dem G-rundö, daJ3 der thermistor immer die gleiche Temperatur wie das Wasser (und das Harz) aufweist, und die Kompensation mit Sicherheit zur Wirkung kenn

-Patentansprüche-

.0(1.93.1.1/..11Qi

Claims

Patentansprüche :

1. Elektronische Vorrichtung zur Kontrolle von Ionen-Austauschprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine den Quotienten zweier Widerstände proportionale Spannung abgibt, wobei der Widerstand' in den einen Glied der zwischen zwei Elektroden gemessene Widerstand ist, die in eip-ein lcnenaustauschbett in geringem Abstand vom Austrittspunkt des Eluäts angeordnet sind, während der Widerstand-in den anderen Glied der zwischen awei Elektroden gemessene Widerstand ist, die in einer mit erschöpftem Ears gefüllten I3olierstoffzelle angeordnet sind, durch die die unbehendelte flüssigkeit fließt, bevor sie' in den Ionenaustauscher gelangt, daß die Spannung nach Verstärkung zur Betätigung eines Anzeigeinstruments und zur Lieferung zweier Signale mit unterschiedlichem· Pegel über geeignete digitale Schaltkreise dient, wobei das eine Signal bei einen Spannungswert, der erschöpften Harz entspricht, abgegeben wird, während das andere Signal bei einem Spannungswert abgegeben wird, der etwas kleiner aber nahe der Spannung ist, die den regenerierten und von Regenerierungsflüssigkeit freien Harz entspricht, und daß das Vorhandensein oder Uichtvorhandensein solcher Signale dazu dient, eine Warnung und/oder einen automatischen

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Regenerierungsprozeß auszulösen, die Vollendung des Ausstoßes der Regenerierungsflüssigkeit anzuzeigen und ggfs. das System von offenen und geschlossenen Absperr gliedern in der V/eise unizusteuern, daß das Eluat hi läuft, oder "bei einem automatischen Regenerierungsprozeß eine Warnung auszulösen, falls aus irgendeinem G-runde die Regenerierungslösung nicht in das Austauschbett durchgedrungen ist.

2 . Tor richtung nach Anspruch 1, dadur ch gekennz e i or.:.', et daß der Behälter für das erschöpfte Harz durch zwei parallel geschaltete Widerstände ersetzt ist, von denen einer ein Festwiderstand ist, während der andere ein mit Elektroden versehener Behälter ist, durch den die Flüssigkeit vor Eintritt in das Austauschbett fließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadur ch gekern ζ e:'. o^ne t, daß das System zur nachbildung des Widerstandes zwischen den Elektroden einer in Wasser getauchten Harzmasse zwei Widerstandszweige enthält , von denen der eine den Widerstand des Wassers zwischen den Elektroden in einem Behälter darstellt, während der andere parallel zum ersten Zweig liegende Zweig einen Festwiderstand enthält, der in Reihe mit dem Widerstand des Wassers zwischen den Elektroden in einem zweiten Behälter liegt, dessen Konstante von der Konstante des ersten Behälters abweicht.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden

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Widerstandszweige ein festwiderstand ist, während der andere, •parallel zum ersten Zweig liegende Zweig aus einem !Testwiderstand und dem mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand des Wassers zwischen den Elektroden in einem Behälter besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Schwankungen der Harztemperatur die Pestwiderstände jeweils durch die Parallelschaltung eines Thermistors mit einem Pestwiderstand ersetzt sind, wobei das System in Reihe mit einem.anderen Pestwiderstand liegt, so daß die Thermistoren Wassertemperatur 'annehmen, ohne in direktem Kontakt mit dem Wasser zu sein.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichr.et, daß der im Ionenaustauschbett gemessene Widerstand im Zähler und der in der Isolierstoffzelle gemessene Widerstand im Nenner des Quotienten steht.

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L e e r s e i t e