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Reaktionsregler.
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nicht, wenn das Ausmass, in welchem die Reaktion zu erfolgen hat, unkontrollierbaren Schwankungen unterworfen ist ; in solchen Fällen ist die Zufügung an Reagentien so zu regeln, dass nach beendeter Umsetzung nur geringfügige, den jeweiligen Verhältnissen willkürlieh anzupassende Partnerreste zugegen bleiben.
Die Lösung der geschilderten Aufgabe ist schon früher durch Ausnutzung der Lichtabsorption in der Weise versucht worden, dass das Reaktionsprodukt in den Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Zelle gebracht wurde, wobei eine stärkere oder geringere Schwächung des Lichtstrahles als Anzeige für eine grössere oder geringere Konzentration des zu dosierenden Stoffes diente und durch die Wirkung der lichtempfindlichen Zelle je nach der wechselnden Intensität des auffallenden Lichtstrahles ein Hilfsapparat gesteuert wurde, welcher den Zusatz des zu dosierenden Reaktionpartners regelte.
Dass alle derartigen Verfahren keine nennenswerte Verwendung gefunden haben, ist darauf zurückzuführen, dass die für praktische Zwecke erforderliche Zuverlässigkeit in der Wirkungsweise nicht erreicht werden konnte. Die geringen Konzentrationsunterschiede des zu dosierenden Stoffes, die in allen Fällen durch die lichtempfindliche Zelle quantitativ erfasst werden sollten, können naturgemäss nur geringe Änderungen in der Intensität des auf die Zelle auftreffenden Lichtstrahles hervorbringen ; infolgedessen muss die Empfindlichkeit der Zelle weitgehend ausgenutzt werden.
Unter diesen Umständen macht sich jedoch eine Reihe von Fehlerquellen störend bemerkbar : Schwankungen der Intensität der Lichtquelle, lichtabsorbierende Verunreinigungen des Reaktionsproduktes und der Zusatzstoffe, insbesondere auch zeitliche Veränderungen der Eigenschaften der lichtempfindlichen Zelle, Schwankungen der etwa an die Zelle angelegten elektrischen Spannung und andere störende Einflüsse wirken sich unmittelbar als Fehler in der Anzeige aller dieser Apparate aus. Eine vollständige Eliminierung dieser Fehlerquellen ist auch durch komplizierte Anordnungen, die an und für sich wieder zu neuen Störungen Anlass geben, niemals erzielt worden, was auch inAnbetracht der an die lichtempfindlichezelle gestellten hohen Empfindlichkeits- ansprüche ohneweiters verständlich ist.
Den Anlass zur vorliegenden Erfindung gab die Erkenntnis dass im Hinblick auf die praktische Verwendbarkeit auf eine allzuweitgehende Ausnutzung der Empfindlichkeit der lichtempfindlichen Zelle von vornherein verzichtet werden muss und dass nur ein solches Verfahren zum Ziele führen kann, welches der Zelle keine feinere Unterscheidung zwischen mehr und weniger des zu dosierenden Stoffes zumutet.
Demgemäss besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, dass die quantitative Seite der eingangs gestellten Aufgabe erledigt wird, bevor die lichtempfindliche Zelle in Funktion tritt.
Die Erfindung sei zunächst an konkreten Beispielen dargestellt : es sei die Aufgabe gestellt, den Zusatz von Chlor zu einem zu reinigenden Wasser so zu regeln, dass nach Zerstörung der organischen Verunreinigungen Oxydation des Eisens, Mangans usw. noch ein Chlorüberschuss verbleibt, der mindestens 0.9 mg und höchstens 1. 1 mg auf den Liter beträgt. Auf Grund der vorliegenden Erfindung wird einem Teile des aus dem Reinigungsapparat ausströmenden Wassers eine Jodkalistärke als Indikator enthaltende Natriumthiosulfatlösung ("Vorlage") in solchem Verhältnis zugemischt, dass auf den Liter ausströmenden Wassers 6.4 mg Thiosultat (äquivalent 0.9 mg Chlor) kommt.
Diese Mischung ist farblos, wenn der Chlorgehalt des ausströmenden Wassers weniger als 0.9 mg im Liter betrug, sie ist durch Jodstärke mehr oder weniger stark blau gefärbt, wenn der Chlorgehalt grösser war. Die Mischung wird nun in ein Absorptionsrohr zwischen Lichtquelle und lichtempfindliche Zelle gebracht, wobei das Absorptionsrohr so lange bemessen ist, dass eine beliebig gewählte schwache Färbung der Flüssigkeit eine alle möglichen Störungen irgendwelcher Art um ein Vielfaches übersteigende Wirkung auf die Zelle ausübt (praktisch vollständige Auslöschung des Lichtstrahles) ; Versuche haben ergeben, dass in vorliegendem Fall eine Länge von 20 cm für praktische Zwecke weitaus hinreichend ist.
An die Zelle sind in an und für sich bekannter Weise Hilfsapparate solcher Art angeschlossen, dass durch die von der Zelle ausgelösten elektrischen Wirkungen der Chlorzusatz zu dem in den Reinigungsapparat einströmenden Wassers erhöht wird, solange der Lichtstrahl ungeschwächt auf die Zelle auffällt, solange also die Flüssigkeit farblos bleibt, während eine Einwirkung der Zelle auf die Hilfsapparate unterbleibt, solange der Lichtstrahl geschwächt wird, solange also die Flüssigkeit gefärbt ist.
Einer anderen Probe des aus dem Reinigungsapparat entströmenden Wassers wird nun eine Thio- sulfat-Jodkalistärkelösung äquivalent 1. 1 mg Chlor im Liter zugefügt. (Statt dessen kann man auch dem schon 6.4 mg Thiosulfat im Liter enthaltenden Nebenstrom noch 1. 4 mg Thiosulfat pro Liter hinzu- fügen.) Diese Mischung wird nun in eine zweite, analog gebaute Lichtabsorptionsanordnung eingebl'3. ;
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an die lichtempfindliche Zelle dieser zweiten Anordnung sind wieder Hilfsapparate in solcher Weise angeschlossen, dass für den Fall der Schwächung des Lichtstrahles (Blaufärbung der Flüssigkeit) der Chlorzusatz zu dem in den Reinigungsapparat einströmenden Wasser verringert wird.
Als zweites Beispiel sei die Regelung der Neutralisierung einer Säure mit einer starken Base erörtert. Es sei die Aufgabe gestellt, eine in wechselnder Stärke anfallende Säure in solcher Weise zu neutralisieren, dass im Endprodukt weder der Säuregehalt noch der Basengehalt über 0. 01 Äquivalent im Liter steigt. Man zweigt von der neutralisierten Flüssigkeit einen Teil ab, filtriert gegebenenfalls, setzt (neben Phenolphtalein als Indikator) Lauge als erste Vorlage in solchem Verhältnis zu, dass 0.01 Äquivalent zusätzliche Base auf einen Liter der neutralisierten Flüssigkeit kommt ; diese Mischung gelangt in den ersten Absorptionsapparat, dessen lichtempfindliche Zelle so geschaltet ist, dass der ungeschwächte Lichtstrahl (Flüssigkeit farblos) eine Erhöhung des Zusatzes von Base zur ursprünglichen sauren Flüssigkeit zufolge hat.
Die Mischung gelangt nach Zusatz der zweiten Vorlage (0.02 Äquivalent Säure auf den Liter der neutralisierten Flüssigkeit) in den zweiten Absorptionsapparat, dessen lichtempfindliche Zelle so geschaltet ist, dass Schwächung des Lichtstrahles (Rotfärbung der phenolphtaleinhaltigen Flüssigkeit) eine Erniedrigung des Zusatzes von Base zu der in die Reaktion eintretenden sauren Flüssigkeit bewirkt.
Als drittes Beispiel sei die Regelung des Säuregehaltes bei der galvanischen Verzinkung erwähnt.
Als Vorlagen verwendet man Laugen in solchen Verhältnissen, dass die zur Herstellung der Mischung für den ersten Absorptionsapparat zugesetzte Base der unteren Grenze des zulässigen Säuregehaltes, die zur Herstellung der Mischung für den zweiten Absorptionsapparat zugesetze Base der oberen Grenze des zulässigen Säuregehaltes äquivalent ist.
Das durch die angeführten Beispiele erläuterte Verfahren zur Regelung der Dosierung eines Reaktionspartners ist in folgender Weise zu umschreiben : ein als Vorlage dienender Stoff und gegebenenfalls ein als Indikator dienender Stoff werden zum Reaktionsprodukt in solchem Verhältnis zugesetzt, dass ein Farbumsehlag in der erhaltenen Mischung gerade dann hervorgerufen wird, wenn der Über (Unter) - schuss an dem zu dosierenden Reaktionspartner die vorgegebene untere Grenze erreicht hat. Die Verschiedenheit der Lichtabsorption der Mischung, je nachdem ob diese Grenze noch nicht erreicht oder überschritten ist, wird zur praktisch vollständigen Auslöschung bzw.
Aufhellung eines Lichtstrahles ausgenutzt, der auf eine lichtempfindliche Zelle auftrifft, welche, gegebenenfalls in Verbindung mit Ver- stärkern (Relais, Elektronenröhrensystem u. dgl. ) mit Hilfe bekannter Apparate (Motoren usw. ) den Zusatz eines Reaktionspartners regelt. Durch Zufügung einer anderen Vorlage kann in gleicher Weise eine vorgegebene obere Grenze für den Über (Unter) schuss des zu regelnden Partners eingehalten werden.
Ebenso ist das Verfahren auf die Regelung mehrerer Reaktionspartner anwendbar.
Durch die Verwendung der als "Vorlagen" bezeichneten Zusätze von Stoffen, welche mit den in dem Reaktionsprodukt enthaltenen Stoffen chemisch reagieren, wird also erreicht, dass die Anwesenheit einer die gewünschten Grenzen über-bzw. unterschreitenden Menge des zu dosierenden Reaktionspartners
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strahles auswirkt. Dieser Wirkung gegenüber sind alle störenden Einflüsse gänzlich bedeutungslos, so dass die Zuverlässigkeit der Wirkungsweise gewährleistet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelung der Dosierung eines Reaktionspartners oder mehrerer mit Hilfe einer chemischen Operation und unter Verwendung einer lichtempfindlichen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass bemessene Mengen von Zusatzmitteln sowohl das zulässige Höchst-als auch das zulässige Mindestmass des zu regelnden Reaktionspartners mit Hilfe eines lichtempfindlichen Systems anzeigen und (gegebenenfalls über eine elektrische Verstärkungsanlage) Hilfsapparate auslösen, welche die Dosierung des Reaktionspartners erniedrigen bzw. erhöhen.