DE2104869C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungskonzentrationen definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von bekannter Anfangskonzentration - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Mischungskonzentrationen definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von bekannter Anfangskonzentration bei deren Vermischen Wärme frei wird.

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.

Ferner ist es bekannt, mittels Leitfähigkeitsmessungen den Mischungsgrad einer Mischflüssigkeit laufend zu überwachen. Leitfähigkeitsmeßapparaturen 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 Flüssigkeit abhängig, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.

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 verschleißunempfindliche, im Mischungssystem angeordnete Geräte verwendbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die frei werdende Wärmemenge gemessen und das Meßergebnis zur Regelung der Menge einer der flüssigen KomDonenten benutzt wird.

Bei solchen exothermen Mischungsabläufen ist die Größe der jeweils frei werdenden 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 chemischphysikalische Gesetzmäßigkeit wird damit zur Überwachung und Regelung eines Mischungsablaufs vorteilhaft nutzbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein mit einer Temperaturmeßeinrichtung und einem Auslauf versehenes Mischgefäß, in das eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung und einem Mengenregeiventil versehene erste Zulaufleitung und eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung, einem Druckmesser, einem Durchflußmesser sowie einem Mengenregeiventil versehene zweite Zulaufleitung einmünden.

Mit der vorstehend genannten Vorrichtung kann die Mischv-ng der betreffenden flüssigen Komponenten uuf einfache Weise hinreichend genau durchgeführt werden, auch wenn große Mengen von Mischflüssigkeit benötigt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Zulaufleitungen vor Einmündung in das Mischgefäß in einem Wärmetauscher zusammengeführt und durch eine vom T..nperaturanstieg im Mischgefäß gesteuerte Kontroll- und Regeleinrichtung ist zumindest ein Mengenregeiventil in einer der Einfülleitungen gesteuert. Dadurch ist ein halbautomatischer Ablauf des Mischungsvorgangs gewährleistet.

In den F i g. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Mischvorrichtung für flüssige Komponenten, wobei die Mengenregulierung von Hand einstellbor ist,

F i g. 2 eine halbautomatische Mischvorrichtung für flüssige Komponenten.

Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Mischungsvorrichtung besteht, wie F i g. 1 zeigt, 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 handbetätigten Ventilen 9 und 10 ist die benötigte Menge jeder der flüssigen Komponenten einstellbar. Die im Mischgefäß 1 auftretende Temperaturerhöhung wird mittels eines Gerätes 11 gemessen, angezeigt und registriert.
F i g. 2 zeigt eine gegenüber F i g. 1 verbesserte halbautomatisch arbeitende Mischvorrichtung. Die gleichen Einzelteile wie in F i g. 1 sind mit denselben Bezugszahlen versehen. Im Unterschied zur Vorrichtung der F i g. 1 sind die Einfülleitungen 2 und 3 vor dem Mischgefäß 1 in einem Wärmetauscher 12 geführt. Dadurch wird der Temperaturausgleich zwischen den flüssigen Komponenten gewährleistet, so daß außer einem hinter dem Wärmetauscher angeordneten 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 Tempera-

turfühlern 13 und 14 mit einem in der Zulaufleitung 3 befindlichen Membranventil 16 in Wirkverbindung. Unmittelbar vor dem Mischgefäß 1 sind in den Zulaufleitungers 2 und 3 Ventile 17 unH 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 verkleideten Glasbehälter.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird im folgenden beschrieben. 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 gHche Temperaturen der Komponenten A und B, die von den Thermometern 5 und 6 angezeigt werden. Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 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. Der Druckmesser 7 dient zur Kontrolle des Flüssigkeitsdrucks, dessen 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 cinreguliert, daß der Zufluß der Komponente B und damit auch die Temperaturerhöhung konstant bleiben. Die Mischflüssigkcit der Komponenten A und S ist anschließend aus der Auslaufleitung 4 entnehmbar. In der Vorrichtung nach F i g. 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 Mengenbedarf an Mischflüssigkeit abhängig. 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 Endkonzentralion 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 Einfüilvorgang der Komponente A. Wenn die Ist-Differenztemperatur gemessen mittels der Temperaturfühler 13 und 14 mit der Soll-üifferenztemperatur 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.

Es ist zweckmäßig, die Mischungsvorrichiung beispielsweise durch Titration zu eichen, so daß die Mischung mit der geforderten Genauigkeit erfolgt. Die einmal für verschiedene Komponentenpaare und Konzentrationen berechneten Werte sowie eventuelle Korrekturfaktoren können zur Bedienungsvereinfachung in Tabellen erfaßt werden.

Die beschriebenen Vorrichtungen erlauben es, auf einfache Weise die Mischung zweier flüssiger Komponenten auf eine vorgegebene Endkonzenlration im Hinblick auf charakteristische, durch Wärmetönung gekennzeichnete Eigenschaften der Mischflüssigkcit durchzuführen. Die Komponente A und ß der Beschreibung sind beispielsweise konzentrierte Schwefelsäure und Wasser, jedoch ist die Vorrichtung gleich vorteilhaft, für die Verdünnung von Laugen verwendbar. Die Temperaturerhöhung bei der Flüssigkeitsmischung beruht auf dem Freiwerden der Verdünnungsenthalpie. Diese Temperaturerhöhung muß. um einen wirtschaftlichen und genauen Mischungsablaiil zu gewährleisten, gerade noch ohne besonderen Aufwand meßbar sein.

Die Vorrichtung wurde großtechnisch erprobt und gewährleistet geringe Konzentralionstoleranzen in der Endkonzentration der Mischflüssigkeit bei geringem Bau- und Bedienungsaufwand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Mischungskonzentrationen definierter Endwerte aus zwei flüssigen Komponenten von bekannter Anfangskonzentration, bei deren Vermischen Wärme frei wird, dadurch gekennzeichnet, daß die frei werdende Wärmemenge gemessen und das Meßergebnis zur Regelung der Menge einer der flüssigen Komponenten benutzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit einer Temperaturmeßeinrichtung (U) und einem Auslauf (4) versehenen Miscl.gefäß (1), in das eine mi! einer Temperaturmeßeinrichtung (5) und einem Mengenregeiventil (9) versehene erste Zulaufleitung (2) und eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung (6), einem Druckmesser (7), einem Durchflußmesser (8) sowie einem Mengenregelventi! (10) versehene zweite Zulaufleitung (3) einmünden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufleitungen (2,3) vor Einmündung in das Mischgefäß (1) in einem Wärmetauscher (12) zusammengeführt sind und durch eine vom Temperaturanstieg im Mischgefäß (1) gesteuerte Kontroll- und Regeleinrichtung (15) zumindest ein Mengenregeiventil (16) in einer der Zulaufleitungen (3) gesteuert ist.

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