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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungskonzentrat
Ionen definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von bekannter Anfangskonzentration
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Mischkonzentrationen definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von
bekannter Anfangskonzentrationen, bei deren Vermischen Wärme frei wird.
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Bei Mischungen flüssiger Komponenten - auch wenn dabei Wärme frei
wird - ist es-bisher üblich, das bekannte Titrierverfahren anzuwenden, um festzustellen,
in welchem Stadium sich die Mischflüssigkeit befindet. Dazu ist notwendig, einzelne
Proben zu entnehmen, so daß eine kontinuierliche Kontrolle des Mischungsergebnisses
nicht erhalten wird.
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Ferner ist es bekannt, mittels Beitfähigkeitsmessungen den Mischungsgrad
einer Mischflüssigkeit laufend zu überwachen. Beitfähigkeitsmeßapparaturen sind
jedoch kostspielig und werden beispielsweise bei Verwendung von verdünnten oder
konzentrierten Säuren und Laugen angegriffen und in relativ kurzer Zeit unbrauchbar.
Daneben sind Leitfähigkeitsmessungen in hohem Maße von der Temperatur der zu messenden
Plüssigkeit abhängig, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
kontinuierlichen Überwachung und Regelung des Mischungsablaufs bereitzustellen,
das einfach und wirtschaftlich durchführbar ist. Daneben wird eine weitgehend wartungsarme
Vorrichtung zur großtechnischen Durchführung des Verfahrens angestrebt, die mit
geringem Kostenaufwand herstellbar ist und bei der dennoch verschlenempfindliche,
im Mischungesystem angeordnete Geräte verwendbar sind.
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Erfindungsgemäß wird für ein Verfahren zur Herstellung von
Mischungskonzentration
definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von bekannter Anfangskonzentration,
bei deren Vermischung Wärme frei wird, die freiwerdende Wärmemenge gemessen und
das Meßergebnis zur Regelung der Menge einer der flüssigen Komponenten benutzt.
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Bei solchen exothermen Mischungsabläufen ist die Größe der jeweils
freiwerdenden charakteristischen Wärmemenge genau berechenbar bzw. experimentell
bestimmbar und diese Wärmemenge ist proportional dem Konzentrationsgefälle der flüssigen
Komponenten vor dem Mischungsablauf und der Konzentration der erhaltenen Mischflüssigkeit.
Eine einfache chemisch-physikalische Gesetzmäßigkeit wird damit zur Überwachung
und Regelung eines Mischungsablaufs vorteilhaft nutzbar.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung für das Verfahren ist gekennzeichnet
durch ein mit einer Temperaturmeßeinrichtung und einem Auslauf versehenes Mischgefäß,
in das eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung und einem Mengenregelventil versehene
erste Zulaufleitung und eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung, einem Druckmesser,
einem Durchflußmesser sowie einem Mengenregelventil versehene zweite Zulaufleitung
einmünden.
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Mit der vorstehend erläuterten Vorrichtung kann die Mischung der betreffenden
flüssigen Komponenten auf einfache Weise hinreichend genau durchgeführt werden,
auch wenn große Mengen von Mischflüssigkeit benötigt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Zulaufleitungen vor Einmündung in das Mischgefäß in einem Wärmetauscher
zusammengeführt und durch eine vom Temperaturanstieg im Mischgefäß gesteuerte Kontroll-
und Regeleinrichtung ist zumindest ein Mengenregelventil in einer der Einfülleitungen
gesteuert. Dadurch ist ein halbautomatischer Ablauf des Mischungsvorgangs gewährleistet.
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In den Piguren 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 eine Mischvorrichtung für flüssige Komponenten, wobei
die Mengenregulierung von Hand einstellbar ist; Fig. 2 eine halbautomatische Mischvorrichtung
für flüssige Komponenten.
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Eine erfindungsgemäße Mischungsvorrichtung besteht wie Figur 1 zeit
im wesentlichen aus einem Mischgefäß 1 mit darin einmündenden Zulaufleitungen 2
und 3 und einer Auslaufleitung 4. In den Einfülleitungen 2 und 3 sind Thermometer
5 und 6 sowie in der Zulaufleitung 3 außerdem ein Druckmesser 7 und ein Durchflußmesser
8 in den Flüssigkeitsstrom eingeschaltet. Mittels ebenfalls im Zuge der Zulaufleitungen
2 und 3 angeordneten handbetätigen Ventilen 9 und 10 ist die benötigte Menge jeder
der flüssigen Komponenten einstellbar. Die im Mischgefäß 1 auftretende Temperaturerhöhung
wird mittelseines Gerätes 11 gemessen, angezeigt und registriert.
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Figur 2 zeigt eine gegenüber Figur 1 verbesserte halbautomatisch arbeitende
Mischvorrichtung. Die gleichen Einzelteile wie in Figur 1 sind mit denselben Bezugszahlen
versehen. Im Unterschied zur Vorrichtung der Figur 1 sind die Einfülleitungen 2
und 3 vor dem Mischgefäß 1 in einem Wärmetauscher 12 geführt. Dadurch wird der Temperaturausgleich
zwiechen den flüssigen Komponenten gewährleistet, so daß außer einem hinter dem
Wärmetauscher angeerdneten Temperaturfühler 13 weitere Temperaturmeßgeräte in den
Einfülleitungen 2 und 3 entbehrlich werden. Ein zweiter Temperaturfühler 14 dient
zur Messung der Wärmeerhöhung im Mischgefäß 1. Ein Gerät 15, das Meß- Kontroll-
und Regelungsaufgaben hat, steht außer mit den Temperaturfühlern 13 und 14 mit einem
in der Zulaufleitung 3 befindlichen Membranventil 16 in Wirkverbindung. Unmittelbar
vor dem Mischgefäß 1 sind in den Zulaufleitungen 2 und 3 Ventile 17 und 18 angeordnet,
die den Durchlauf der Komponenten in dem Maße gestatten, daß der Temperaturausgleich
zwischen den Komponenten sichergestellt ist. Das Mischgefäß 1 besteht aus einem
der üblichen korrosionsfesten,
beispielsweise im Innern mit Polyester
verkleidetem, Glasbehälter.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.
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Zur Einregulierung eines vorgegebenen Mengenbedarfs der in die Zulaufleitungen
2 und 3 einzufüllenden flüssigen Komponenten A und B werden das für die gewünschte
Endkonzentration notwendige Mischungsverhältnis und die Temperaturerhöhung berechnet
bzw. experimentell bestimmt. Vorteilhaft für eine einfache Berechnung sind gleiche
Temperaturen der Komponenten A und B, die von den Thermometern 5 und 6 angezeigt
werden. Bei der Vorrichtung gemäß Figur 1 wird das Ventil 10 von Hand geöffnet und
mittels des Durchflußmessers 8 die durch die Zulaufleitung hindurchtretende Menge
der Komponente A gemessen und angezeigt.
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Der Druckmesser 7 dient zur Kontrolle des Plüssigkeitsdrucks, is sen
Konstanz zur genauen Anzeige am Durchflußmesser 8 benötigt wird. Nachdem die berechnete
Menge der Komponente A über Ventil 10 das Mischgefäß 1 durchläuft, wird das Ventil
9 zum Zufluß der Komponente B geöffnet. Wenn die berechnete bzw. experimentell bestimmte
Temperaturerhöhung erreicht ist, was am Thermometer 11 abzulesen ist, wird das Ventil
9 so einreguliert, daß der Zufluß der Komponente B und damit auch die Temperaturerhöhung
konstant bleiben. Die Mischflüssigkeit der KomponentenA und B ist anschließend aus
der Auslaufleitung 4 entnehmbar. In der Vorrichtung nach Figur 2 dient, wie schon
erwähnt, der Wärmetauscher 12 zum automatischen Wärmeausgleich der in die Zulaufleitungen
2 und 3 eingegebenen Komponenten A und B. In diesem Beispiel wird die Komponente
A durch Öffnung des Ventils 10 von Hand in die Zulaufleitung 3 und in den Wärmetauscher
12 eingefüllt. Die zugeführte Menge ist beliebig groß; sie ist letztlich von der
Größe des Mischgefäßes 1 und dem Mengenbedarfan Mist-Diim;gig jathangis Danach wird
das Ventil 9 ebenfalls von Hand geöffnet und Komponente B - entsprechend der anzusteuernden
Temperaturerhöhung - grob einreguliert. Am Gerät 15 ist der Jeweilige von der gewünschten
Endkonzentration der aus den Komponenten A und B bestehenden Menge an Mischflüssigkeit
abhängige Wert der Soll-Differenztemperatur einstellbar. Das Gerät 15 steuert die
Öffnung des Membranventils 16 für den Einfüllvorgang
der Komponente
A. Wenn die Ist-Differenztemperatur gemessen mittels der Temperaturfühler 13 und
14 mit der Soll-Differenztemperatur übereinstimmt, regelt das Gerät 15 das Ventil
16, so daß der Zufluß der Komponente A konstant bleibt. Die Mischflüssigkeit tritt
aus dem Auslauf 4 des Mischgefäßes 1 zum Verbraucher.
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Es ist zweckmäßig, die Mischungsvorrichtung beispielsweise durch Titration
zu eichen, so daß die Mischung mit der geforderten Genauigkeit erfolgt. Die einmal
für verschiedene Komponentenpaare und Konzentrationen berechneten Werten sowie eventuelle
Korrekturfaktoren können zur Bedienungsvereinfachung in Tabellen erfaßt werden.
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Die beschriebenen Vorrichtungen erlauben es, auf einfach Weise die
Mischung zweier flüssiger Komponenten auf eine vorgegebene Endkonzentration im Hinblick
auf charakteristische, durch Wärmetönung gekennzeichnete Eigenschaften der Mischflüssigkeit
durchzuführen. Die Komponente A und B der Beschreibung sind beispielsweise konzentrierte
Schwefelsäure und Wasser, jedoch ist die Vorrichtung gleich vorteilhaft für die
Verdünnung von Iaugen.verwendbar. Die Temperaturerhöhung bei der Flüssigkeitsmischung
beruht auf dem Freiwerden der Verdünnungsenthalpie.
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Diese Temperaturerhöhung muß, um einen wirtschaftlichen und genauen
Mischungsablauf zu gewährleisten, gerade noch ohne kesonderen Aufwand meßbar sein.
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Die Vorrichtung wurde großtechnisch erprobt und gewährleistet geringe
Konzentrationstoleranzen in der Endkonzentration der Mischflüssigkeit bei geringem
Bau- und Bedienungsaufwand.