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Feststellung von Zucker in Kesselspeisewasser und Abwässern von Zuckerfabriken
In Zuckerfabriken kommt es häufig vor, daß für verschiedene betriebliche Zwecke
henutztes Wasser in unbeabsichtigter Weise Spuren von Zucker gelöst enthält. Diese
Zuckerverunreinigung des Wassers ist im allgemeinen aus verschiedenen Gründen höchst
unerwünscht. Enthalten z. B. die die Zucker fabrik verlassenden Abwässer, die unter
Umständen in sehr großen Mengen anfallen, noch Zucker gelöst, so kann das unter
Umständen einen nicht zu unterschätzenden Verlust bedeuten. Vor allem aber können
durch den Zuckergehalt schwerwiegende Betriebsstörungen hervorgerufen oder sogar
Menschenleben in Gefahr gebracht werden. Das gilt insbO sondere dann, wenn das Speisewasser
für Dampfkessel Zucker enthält, da sich dieser an den Heizröhren absetzt und dort
eine verhältnismäßig schlecht wärmeleitende Schicht bildet. Dadurch kann es zu örtlichen
Uberhitzungen der Heizröhren und in der Folge zu Ausbeulungen und schließlich zu
Kesselexplosionen kommen.
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Die Erfindung betrifft nun eine Maßnahme zur betriebsmäßigen Überwachung
von Betriebs- und Abwässern, vorzugsweise von Kesselspeisewasser in Zuckerfabriken,
und zwar dahingehend, daß die Anwesenheit von Zucker im Kesselspeisewasser und Maximalmengen
von Zucker in normalerweise zuckerfreien Abwässern sicher festgestellt werden können:
Es ist zwar schon bekannt, in Absüß-, Ablauf-, Fall- und Kondenswässern den Gehalt
an Zucker mittels der häufig verwendeten a-Naphtho4reaktion unter Benutzung einer
vergleichsweise sehr komplizierten, aus mehreren Gefäßen bestehenden Apparatur,
gegebenenfalls automatisch, qualitativ festzustellen. Diese Prüfung wie auch diejenigen
ähnlicher Art mit einer Thymol- oder Kampferlösung zeigen sehr große Nachteile,
die sich vor allem bei ihrer Verwendung im praktischen Betrieb, in dem auf deren
Durchführung mit einfachsten Mitteln besonderer Wert gelegt wird, bemerkbar machen.
Diese vorerwähnten
sogenannten kolorimetrischen Reaktionen weisen
zwar eine sehr hohe Empfindlichkeit auf, jedoch veranlassten sowohl das bei ihrer
Durchführung erforderliche Arbeiten mit Schwefelsäure als auch ihre Neigung, auch
bei Abwesenheit von Zucker durch den Einfluß anderer Stoffe Farbänderungen bzw.
Färbungen zu ergeben, die leicht zu Fehlschlüssen führen können, nach einer neuen,
besseren Methode zu suchen.
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Die Prüfverfahren bzw. Kontrolleinrichrungen zur Feststellung von
Zucker, beispielsweise in Kondenswässern, bei denen die je nach dem Gehalt an fremden
Stoffen verschiedenen spezifischen Gewichte die Älöglichkeit einer Gehaltsbestimmung
ergeben, kommen für derart genaue qualitative l ntersuchungen, wie sie bei den äußerst
verdünnten Lösungen gemäß der Erfindung vorliegen, nicht in Frage.
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Es ist ferner bekannt, den Gehalt von Stoffen in Lösungen mengenmäßig
dadurch zu bestimmen, daß man die Veränderungen der Reflexion oder des Durchdringungsvermögens
von Lichtstrahlen bzw. die Veränderungen eines polarisierten Lichtstrahles durch
die betreffende Lösung ermittelt und sie über lichtempfindliche Vorrichtungen zur
Anzeige bringt.
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Während allgemein bei der chemischen Analyse von Stoffen die quantitativen
Bestimmungen auf Reaktionen beruhen. die gegenüber dem qualitativen Nachweis viel
schärfer sind, liegt bei der Analyse von Zuckerlösun gen der eigenartige Fall vor,
daß bisher für den weniger Genauigkeit erfordernden qualitativen Nachweis die weitaus
empfindlichere Reaktion (liolorimetrische Realition mittels α-Naphthol) und
für die quantitative Bestimmung eine weniger empfindliche Methode, nämlich die Gehaltsbestiminung
mittels Polarisation, zur Anwendung gelangte. I:m aber quantitative Bestimmungen
von Zucker in Lösungen mit vergleichsweise sehr niedrigem Zuckergehalt mit der zuletzt
genannten, im Vergleich weniger genauen Maßnahme mit ausreichender Genauigkeit durchführen
zu können. ist es erforderlich. die subjektiv feststellbaren Äußerungen dieser Reaktion
zu vergrößern, so daß sie mit der für quantitative Bestimmungen erforderlichen Genauigkeit
wahrgenommen und festgestellt werden können. Zu diesem Zweck muß die ursprünglich
niedrigprozentige Zuckerlösung konzentriert, d. h. unter entsprechender Behandlung
in sehr weitgehendem Maße eingedampft werden, und zwar normalerweise auf den zweiten
bis fünften Teil des ursprünglichen Volumens.
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Es wurde entgegen jeder Annahme gefunden, daß sich das Polarisationsverfahren
auch für den qualitativen Nachweis von Zucker in sehr verdüiinten Lösungen in überraschender
Ä\'eise hervorragend eignet und sich sowohl gegenüber dem bisherigen qualitativen
Nach weis mittels Fanbreaiktion als auch im Vergleich mit der bekannten Niethode
der quantitativen Bestimmung von Zucker in konzentrierten Lösungen mittels Polarisation
in überaus einfacher und wirksamer Weise durchführen läßt.
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Es ist im Gegensatz zu dem zuerst genannten qualitativen Nachweis
bei der Durchführung der neuen Maßnahme weder eine komplizierte und empfindliche
Apparatur, noch die Verwendung schwer zu handhabender Chemikalien notwendig; auch
besteht keine Gefahr einer Täuschung, wie sie bei der in Frage kommenden Farbreaktion
möglich ist. Im Vergleich mit der vorerwähnten bekannten quantitativen Bestimmungsmethode
ergibt sich bei der Erfindung der große Vorteil, daß die zu untersuchende Lösung
keinerlei Maßnahmen zur Konzentrierung eines zu bestimmenden Stoffes in ihr unterworfen
werden muß, so daß die qualitative Prüfung gemäß der Erfindung sich in außergewöhnlich
kurzer Zeit durchführen läßt. Dadurch weist erst das optische Verfahren die wichtigste
Eigenschaft einer praktisch verwertbaren qualitativen Prüfungsmethode, nämlich deren
sichere und schnelle. gegebenenfalls selbsttätige Durchführung auf.
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Die Ertindune benutzt das für die rein mengenmäßige Bestimmung von
Zucker in konzentrierteren Lösungen bereits bekannte Polarisationsverfahren zur
qualitativen Feststellung auch geringster Zuckermengen. Dies geschieht in der Weise,
daß eine bloße Anzeige von Zucker in sehr verdünnten Lösungen erfolgt, die eine
sichere Überwachung der Betriebs- und Abwässer ermöglicht.
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Die Erfindung besteht in der Anwendung des Verfahrens, den Gehalt
von Flüssigkeiten an bestimmten Stoffen mit Hilfe eines polarisierten Lichtstrahles
zu bestimmen, von dessen optischer Drehung die Beleuchtung einer Photozelle abhängt,
zur Feststellung von Zucker im Kesselspeisewasser bzw. zur Feststellung von Maximalmengen
von Zucker in Abwässern von Zuckerfabriken durch Auslösen von Relais- und Signaleinrichtungen.
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Es wird hierbei die bekannte physikalische Eigenschaft von Zuckerlösungen
benutzt, je nach der Stärke der Konzentration die Schwingungsebene eines polarisierten
Lichtstrahles mehr oder weniger zu verdrehen. Wie bereits erwähnt, wurde diese Erscheinung
schon zur rein mengenmäßigen Bestimmung des Zucliergellaltes vergleichsweise stark
konzentrierter Lösungen durch subjektive Vergleichmessungen benutzt. Die Schwierigkeit
bei der Uberwachung von Betriebswässern
liegt jedoch vor allem in
ihrem außerordentlich niedrigen Gehalt an Zucker, der sich in der Größenordnung
von etwa I°/o,} bewegt und dessen qualitative Feststellung bisher außer durch umständliche
und unsichere kolorimetrische keaktionen, nicht mit der für den praktischen Betrieb
erforderlichen Schnelligkeit durchgeführt werden konnte. Gegenüber diesen chemischen
Uberwachungsverfahren ergibt sich bei der Erfindung der Vorteil, daß die Prüfungen
selbsttätig, zuverlässig und ohne jeden Materialverbrauch durchgeführt werden können.
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Die Anwesenheit von Zucker bzw. das Clberschreiten der Schädlichkeitsgrenze
in dem zu übervachenden Wasser wird durch Auslösen von Relais- und Signaleinrichtungen
angezeigt. In manchen Fällen wird es aber auch möglich sein, die Spannungs- bzw.
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Stromänderungen der Photozelle über entsprechende Verstärker und Relais
schaltungen unmittelbar zur Einwirkung auf die Wasserzufuhr zu bringen, beispielsweise
in der Art, daß beim Ansprechen der Überwachungsvorrichtungen auf eine andere Wasserzuführung
umgeschaltet wird Die Kontrolle des Wassers gemäß 1der Erfindung kann fortfaufend
vor sich gehen, und zwar in der Weise, daß das ÄVasser ständig durch die eingeschaltete
SYberwachungseinrichtung hindurchfließt. Im allgemeinen wird es aber genügen, wenn
eine intermittierende Prüfung des Wassers stattfindet, d. h. wenn die Einrichtung
nur in bestimmten Zeitabschnitten eingeschaltet wird oder überhaupt nur zu bestimmten
Zeiten von dem Wasser Proben genommen und diese der Überwachungseinrichtung zugeführt
werden.
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Die normalen Photozellen sprechen auf Änderungen der ihnen zugeführten
Lichtmengen an. Die Einrichtung zur Durchführung der Prüfmethode gemäß der Erfindung
kann indessen zweckmäßig in der Weise aufgebaut werden, daß der polarisierte Lichtstrahl,
nachdem er das zu überwachende Wasser durchlaufen hat, noch durch einen weiteren
Polarisator, beispielsweise durch ein Nicolsches Prisma, geleitet wird und daß erst
das aus diesem Polarisator austretende Licht auf die Photozelle fällt. Je nach der
Drehung, die der polarisierte Lichtstrahl beim Ilindurchlaufen durch die zu prüfende
Flüssigkeit erfahren hat, wird von dem zweiten Polarisator ein mehr oder weniger
großer ?'eil. des Lichtstromes absorbiert. Die Anordnung kann dabei so getroffen
werden, daß bei der Drehung aus der ursprünglichen Polarisationsebene eine Vergrößerung
oder eine Verkleinerung der Beleuchtungsstärke auf der Photozelle eintritt.
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PATEXTANSPR{; CHE: I. Anwendung des Verfahrens, den Gehalt von Flüssigkeiten
an bestimmten Stoffen mit Hilfe eines polarisierten Lichtstrahles zu bestimmen,
von dessen optischer Drehung die Beleuchtung einer Photozelle abhängt, zur Feststellung
von Zucker im Kesselspeisewasser bzw. zur Feststellung von Maximalmengen an Zucker
in Abwässern von Zuckerfabriken durch Auslösen von Relais- und Signaleinrichtungen.