DE2242153C3 - Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Bisphenol in alkalischen Lösungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Bisphenol in einer alkalischen Lösung veränderlicher Alkalität. In der analytischen Meßtechnik werden je nach den speziellen Eigenschaften und der Zusammensetzung der zu untersuchenden Substanz unterschiedliche Meßverfahren benutzt. Die Auswahl des geeigneten Meßverfahrens muß immer davon ausgehen, welcher meßtechnisch realisierbare Effekt charakteristisch für die zu bestimmende Substanz ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß eine Querempfindlichkeit gegenüber Störkomponenten auftritt. Nur dann bleibt die eindeutige Zuordnung der Meßergebnisse zur Konzentration der Substanz gewährleistet.

Wenn kein für die Meßsubstanz spezifischer Meßeffekt gefunden werden kann, ist es erforderlich, mehrere von der Zusammensetzung abhängige und voneinander unabhängige Meßgrößen zu ermitteln, um den Einfluß der neben der Meßkomponente vorliegenden Störkomponenten zu kompensieren. Soll z. B. ein Gemisch aus η-Komponenten analysiert werden, so müssen n—\ voneinander unabhängige Parameter gemessen werden (siehe z.B. Chemiker-Zeitung 85, 1961, Seite 563). So wird z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift DT-OS 15 98 082 ein Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung von Glucose und Fructose in wäßrigen Lösungen angegeben. Hierbei wird sowohl der Drehwinkel als auch der Brechungsindex unabhängig voneinander gemessen und daraus in bekannter Weise die Konzentration der beiden Komponenten errechnet. Auch bei der Zuckerfabrikation wird ein Meßverfahren zur Bestimmung der Reinheit angewandt, bei dem ebenfalls polarimetrisch der Drehwinkel und refraktometrisch der Brechungsindex gemessen und daraus der Reinheitsquotient gebildet wird (siehe DT-OS 16 98 292). Ferner ist in dem deutschen Gebrauchsmuster DT-Gbm 19 78 017 ein kombiniertes Streulichtphotometer und Refraktometer beschrieben. Es dient zur genauen Molekulargewichtsbestimmung. Durch die gleichzeitige Messung von Streulichtintensität und Brechungsindex kann der Temperatureinfluß eliminiert werden.

Allen drei beschriebenen Methoden gemeinsam ist die Bestimmung des Brechungsindex Als zweite Meßgröße wird ebenfalls ein optischer Meßwert herangezogen. In der chemischen Industrie haben sich bisher optische Messungen mit Refraktometern für Betriebsaufgaben nicht eingeführt. Abgesehen von den in vielen Fällen gravierenden Verschmutzungsproblemen besteht auch häufig kein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Brechungsindex einer Lösung und der zu messenden Konzentralion. Ein ausgeprägter Störeffekt liegt z. B. bei der Bestimmung der Bisphenol-Konzentration in einer alkalischen Lösung vor, wenn die Alkalität schwankt. Diese Voraussetzungen sind im Bisphenol-Produktionsprozeß gegeben. Die Bestimmung des Brechungsindex als Maß für die Konzentration bietet sich wegen der slarken Abhängigkeit des Brechungsindex von der Konzentration an. Da aber der Brechungsindex andererseits auch stark von der Alkalität abhängt, muß deren Einfluß meßtechnisch eliminiert werden. Die oben beschriebenen optischen Methoden können hierbei nicht als Vorbild dienen. Andere Meßgrößen, wie z. B. die optische Absorption, die Viskosität oder der pH-Wert führen im vorliegenden Falle entweder gar nicht oder nur mit Hilfe einer komplizierten Auswertung zum Ziel.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Bisphenol-Konzentration von Lösungen anzugeben, deren Alkalität schwanken kann. Dabei soll die meßtechnische Auswertung möglichst einfach sein und auf direktem Wege zum Ziel führen, so daß die Bisphenol-Konzentration unter Berücksichtigung der schwankenden Alkalität direkt als eindeutige Meßgröße durch ein einziges Anzeigegerät zuverlässig ausgewiesen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl der Brechungsindex als auch die Alkalität der Lösung gemessen wird und aus diesen Meßwerten die gesuchte Konzentration der gelösten Substanz ermittelt wird. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei schwankenden Betriebstemperaturen der Meßlösung ein der Temperatur der Meßlösung proportionales elektrisches Signal gewonnen wird, und dieses Signal in einer Rechenschaltung dazu benutzt wird, die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex automatisch zu kompensieren.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein kontinuierlich arbeitendes Betriebsrefraktometer, einen diskontinuierlich arbeitenden Titrierautomaten und durch eine Rechenschaltung mit Speicher, wobei der Meßwert des Refraktometers während der Probenentnahme des Titrierautomaten zunächst gespeichert und dann aus den Meßwerten der Alkalität und des Brechungsindex die gesuchte Konzentration automatisch berechnet wird.

Die Erfindung ermöglicht erstmalig den Einsatz von optischen Refraktometern in der Betriebsanalysenmeßtechnik. Ein besonderer Vorteil besteht hinsichtlich der Auswertung der Messung darin, daß ein linearer Zusammenhang zwischen der gesuchten Größe und den gemessenen Variablen besteht. Damit kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wichtige Bedeutung bei der Herstellung von Bisphenol zu.

Im folgenden wird die. Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Brechungsindex einer Bisphenollösung als Funktion der Bisphenolkonzentration und der Alkalität,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der kombinierten Brechungsindex- und Alkalitätsmeßanordnung und

Fig. 3 ein erweitertes Blockschaltbild, aus dem der prinzipielle Aufbau des Titrierautomaten und der Rechenschaltung ersichtlich ist.

Gemäß Fig. I ist der Brechungsindex einer alkalischen Bisphenollösung als Funktion der Bisphenolkonzentration aufgetragen. Parameter ist die A'kalitäl. Man erkennt, daß zwischen Brechungsindex und Bisphenolkonzentration ein linearer Zusammenhang besteht, und daß eine Änderung der Alkalität eine Parallelverschiebung der Geraden verursacht. Zwischen der Bisphenolkonzentration, Brechungsindex und Alkalität besteht also c:in eindeutiger Zusammenhang. Daraus kann man die gesuchte Bisphenolkonzentration grafisch oder rechnerisch ermitteln.

Im folgenden soll eine solche Konzentraiionsbesiimmung von Bisphenol in alkalischer Lösung in den Bereichen von 14—16% Bisphenol und 5 — 6% NaOH als Meßbeispie! beschrieben werden. Gemäß F i g. 2 besteht die kombinierte Meßanordnung im Prinzip aus dem Betriebsrefraktomer 1 und dem Titrierautomaten 2. Die der Meßanordnung zugeführte Bisphenollösung wird in 2 Teilströme 4 und 5 aufgeteilt. Der Teilstrom 4 fließt kontinuierlich durch die Meßküvette des Betriebsrefraktometer 1. Ein geeignetes Betriebsrefraktometer ist z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift 19 24 Ul 1 ausführlich beschrieben. Der Teilstrom 5 wird dem Titrierautomaten 2 zugeführt. Seine Arbeitsweise läßt sich anhand von F i g. 3 besser verstehen.

Der Titrierautomat arbeitet diskontinuierlich. Der Titraiionsvorgang wird automatisch von einem Programmgeber gesteuert und läuft in folgender Weise ab: Die Bisphenollösung fließt zunächst kontinuierlich durch die Bürette 6 und von dort über einen Trichter 7 wieder ab. Die Bürette 6 wird also ständig von neuer Lösung durchströmt. Zu Beginn des Titriervorganges wird ein Wasser-Methanol-Gemisch über das Ventil 8 in das Titriergefäß 9 vorgelegt. Der motorgetriebene Kolben 10 in der Bürette 6 fährt dann in eine Position, bei der der Durchfluß durch die Bürette 6 gestoppt wird. Nach Ausschwenken des Trichters 7 dosiert der Kolben eine definierte Menge der Meßlösung in das Titriergefaß 9. Anschließend wird unter Rührung als Titerlösung 0,1 η Schwefelsäure mittels einer zweiten Bürette 11 zugegeben. Diese Bürette Il wird jeweils für einen Titriervorgang aus dem unter Druckluft stehendem Vorratsbehälter 12 bis zu einer definierten Höhe 13 aufgefüllt. Die Auffüllung bis zu diesem Niveau wird dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsspiegel einen Kontakt 14 berührt, der mit einem zweiten Kontakt IS eine Leitfähigkeitsmeßstrecke bildet. Ein entsprechendes elektrisches Signal sorgt dann dafür, daß die Flüssigkeit bis zur Höhe 13 abgehebert wird. Die Bürette 11 besitzt ein Auslaßventil 16, das bei der Titration geöffnet ist, so daß die Titerlösung in das Titriergefäß abfließt. Im Titriergefäß 9 wird der pH-Wert gemessen. Der Endpunkt der Titration liegt im Umschlagsbereich derTitrationskurve. Bei Annäherung an den Endpunkt öffnet sich das Ventil 16 nur noch impulsweise. Nach Erreichen des Endpunktes bleibt das Ventil 16 geschlossen. Die bis dahin verbrauchte Titerlösung ist ein Maß für die Natronlaugekonzentration. Der Verbrauch wird dadurch erfaßt, daß ein motorisch absenkbarer Kontakt 17, der mit dem Kontakt 15 eine zweite Leitfähigkeitsmeßstrecke bildet, den neuen Stand der Titerlösung in der Bürette M abtastet. Die Strecke, um die der Kontakt nach unten gefahren ist, liefert über ein Potentiometer den zugehörigen elektrischen Meßwert. Die Bürette 11 besitzt am oberen Ende eine Kugel mit einem vorgegebenen Volumen. Auf diese Weise kann bei einer Natronlaugekonzentration von 5% der elektrische Meßwert Null gebildet werden.

Zum Zeitpunkt der Probeentnahme des Titrierautomaten 2 wird der vom Betriebsrefraktormeter 1 gemessene Brechungsindex als elektrischer Spannungswert Ui in einem elektronischen Speicher 18 festgehalten. Der Titrierautomat 2 liefert die Alkalität der Bisphenollösung in Form des elektrischen Spannungswertes U\. Nach Ablauf der Titration werden die beiden Spannungen U\ und Ui in einer Rechenschaltung 19 addiert.

Da der Brechungsindex stark von der Temperatur abhängig ist, befindet sich im Meßteil des Refraktometers 1 ein Widerstandsthermometer 20, mit dessen Hilfe nach Anpassung an den Temperaturkoeffizient der Meßlösung im Meßzusatz 21 eine automatische Temperaturkompensation im Bereich zwischen 20 und 6O⁰C durchgeführt wird. Die Temperaturkompensation erfolgt in einfachster Weise dadurch, daß der vom Zusatzmeßteil 21 gelieferte Spannungswert Uj, noch zu den Spannungen U\ + U2 hinzu addiert wird. Die Addition aller drei Spannungen liefert dann den Meßwert für den gesuchton Bisphenolgehalt, der am Meßinstrument 22 abgelesen werden kann bzw. vom Schreiber 23 registriert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Bisphenol in einer alkalischen Lösung veränderlicher Alkalität, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Brechungsindex als auch die Alkalität der Lösung gemessen wird und aus diesen Meßwerten die gesuchte Konzentration der gelösten Substanz ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Betriebstemperatur der Meßlösung proportionales elektrisches Signal gewonnen wird und dieses Signal in einer Reohenschaltung dazu benutzt wird, die Tempe^raturabhängigkeit des Brechungsindex automatisch zu kompensieren.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet durch ein kontinuierlich arbeitendes Betriebsrefraktometer (1), einen diskontinuierlich arbeitenden Titrierautomaten (2) und durch eine Rechenschaltung (19) mit Speicher (18), wobei der Meßwert des Refraktometers (1) während der Probenentnahme des Titrierautomaten (2) zunächst gespeichert und dann aus den Meßwerten der Alkalität und des Brechungsindexes die gesuchte Konzentration automatisch berechnet wird.