DE4345163C2

DE4345163C2 - Verfahren zur Messung der Übersättigung von Lösungen fester Stoffe in Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE4345163C2
Application number: DE19934345163
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Angerhoefer; Juergen Dr Ing Franke; Christoph Dipl Ing Gahn; Matthias Dr Ing Kind; Markus Dipl Ing Kuehberger; Alfons Prof Dr Ing Mersmann; Harald Dipl Ing Schubert; Shichang Dr Ing Wang; Uwe Dipl Ing Zacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2013-11-27
Also published as: DE4345163A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Übersätti gung von Lösungen fester Stoffe in Flüssigkeiten und eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist wünschenswert, daß das in technischen Kristallisatoren hergestellte Kristallisat vergleichsweise große Korngrößen auf weist. Dies führt insbesondere zu Vorteilen bei der Trocknung und Abfüllung des industriell hergestellten Kristallisats. Ein wesentlicher Parameter für die erzielbare Korngröße ist das Maß der Übersättigung innerhalb des Kristallisators. So hat man fest gestellt, daß bei sehr hoher Übersättigung aufgrund der Vielzahl der sich bildenden Kristallisationskeime ein sehr feines Kristal lisat entsteht. Wird dagegen der Kristallisator bei niedriger Übersättigung gefahren, so können vergleichsweise größere Korn größen erhalten werden.

Aus der DD 2 47 744 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übersättigungsbestimmung von Kristallzuchtlösungen bekannt. Dort wird die Konzentrationsänderung der Kristallzuchtlösung durch definierte Berührung mit einem Testkeim in einer speziellen Tauchzelle gemessen und zur direkten Übersättigungsbestimmung verwendet.

Eine Regelung der Übersättigung ist bei industriellen Prozessen allerdings noch nicht möglich, da es an einem industriell ein setzbaren Meßverfahren für die Übersättigung von Lösungen man gelt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Messung der Übersättigung von Lösungen fester Stoffe in Flüs sigkeiten an die Hand zu geben, das kostengünstig ist und indu striell einsetzbar ist. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte aufweist:

1. Ein Teil der zu messenden übersättigten Lösung wird durch ein Rohr geleitet und kann dort vorteilhaft eine Ringströ mung bilden.
2. Über ein vorteilhaft im Zentrum dieses Rohres mündendes Röhrchen kleineren Querschnitts wird eine gesättigte Lösung bei niedrigerer (für d C_*/dϑ<ο) bzw. höherer (für d C_*/dϑ < ο) Temperatur aufgegeben, wobei die aus diesem Röhrchen kleineren Querschnitts austretende Lösung eine Kernströmung bilden kann.
3. Die Suspensionsdichte des entsprechenden Kristallisats wird bestimmt, nachdem die Lösung den Gleichgewichtszustand er reicht hat.

Gemäß diesem Meßprinzip bilden sich in der Grenzfläche zwischen der gesättigten Kernströmung geringerer bzw. höherer Temperatur und der Ringströmung höherer bzw. geringerer Temperatur mit unbe kannter Übersättigung Kristalle, d. h. die Übersättigung wird ab gebaut. Die Rohrströmung ist so lang dimensioniert, daß sich die Übersättigung vollständig abbauen kann. Nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes kann die Suspensionsdichte des entstande nen Kristallisats ermittelt werden. Dies ist ein absolutes Maß für die zu messende Übersättigung der zu untersuchenden Lösung.

Um die zuvor erläuterte Ringströmung und Kernströmung zu reali sieren muß die Rohrströmung laminar ausgebildet sein.

Die Rohrströmung kann aber auch turbulent ausgebildet sein, wobei sich dann nicht die zuvor beschriebene Aufteilung in Kern strömung und Ringströmung ergibt.

Um sicherzustellen, daß der Teilstrom der zu messenden übersät tigten Lösung nicht schon Kristalle enthält, wird dieser vor dem Einleiten in das Rohr durch einen Hydrozyklon geleitet, um even tuell gebildetes Kristallisat abzuscheiden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Konzentrationstemperaturdiagramm einer Lösung und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des dritten erfindungsge mäßen Meßverfahrens.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren basiert darauf, daß man aus dem Kristallisator eine Lösung mit unbekannter Übersättigung abzieht und diese bei einer Temperatur ϑ₁ in ein Rohr 10 (vgl. Fig. 2) einlaufen läßt. Die Rohrströmung ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel laminar ausgebildet. In die Mitte dieser Rohrströ mung ist ein im Durchmesser kleineres Röhrchen 12 derart angeord net, daß parallel und um Zentrum der Rohrströmung auslaufend eine Lösung mit gesättigter Konzentration C^* bei einer niedrige ren Temperatur ϑ₀ (ϑ₀ < ϑ₁) zugesetzt wird. Dadurch entsteht in der Rohrströmung eine vergleichsweise kältere Kernströmung 14 und eine wärmere Ringströmung 16. Idealisiert kann man davon aus gehen, daß sich an der Grenzfläche 18 zwischen Kernströmung 14 und Ringströmung 16 Kristalle 20 durch den Abbau der Übersätti gung bilden. Nach Durchlaufen einer bestimmten Strecke innerhalb des Rohres 10 ist die Lösung mit unbekannter Übersättigung so weit abgereichert, daß sie sich im Gleichgewichtszustand befin det. Es hat sich dann eine Mischtemperatur ϑ_m eingestellt. Be stimmt man nun die Suspensionsdichte m_T, so kann man die Über sättigung bei der Mischungstemperatur berechnen. Hierzu kann auf das Diagramm gemäß Fig. 1 verwiesen werden. Dort ist auf der Ordinate die Konzentration C aufgetragen, während auf der Abszis se die Temperatur ϑ dargestellt ist. Die durchgezogene Kurve stellt die Gleichgewichtskurve der zu messenden Lösung dar, die spezifisch für das Stoffpaar Lösungsmittel und gelöster Stoff ist. Die im Kristallisator zu untersuchende Lösung weist die Temperatur ϑ₁ auf und hat die unbekannte Übersättigung ΔC. Die durch das Röhrchen gemäß Fig. 2 eingeführte Lösung bei der nie drigeren Temperatur ϑ₀ befindet sich im Gleichgewicht, so daß hier die Konzentration bekannt ist. In dem Konzentrations-Tem peratur Diagramm gemäß Fig. 1 kann nun eine Mischungsgerade ein gezeichnet werden, auf der der Übersättigungspunkt bei der Misch temperatur ϑ_m liegt.

Bei dem zuvor bestimmten Meßverfahren wird die Übersättigung am Mischpunkt gemessen, die allerdings für den Fall, daß der Misch punkt auf der Mischungsgeraden in der Nähe der Arbeitstemperatur liegt, nur unwesentlich von der zu messenden Übersättigung ab weicht. Gegebenenfalls kann aber auch durch eine Volumenstrombi lanz auf den genauen Mischungspunkt zurückgerechnet werden. Mit tels eines Rechners kann auch die Steigung der Mischungsgerade bestimmt werden, wodurch sich bei der bekannten Temperatur ϑ₁ der aktuelle Mischpunkt und damit die zu messende Übersättigung ΔC ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Übersättigung von Lösungen fester Stoffe in Flüssigkeiten, bei dem ein Teilstrom der zu messen den übersättigten Lösung durch ein Rohr geleitet wird,
über ein im Zentrum dieses Rohres mündendes Röhrchen klei neren Querschnitts eine gesättigte Lösung niedrigerer (für d C_*/dϑ < ο) bzw. höherer (für d C_*/dϑ < ο) Temperatur aufge geben wird und
die Suspensionsdichte des entsprechenden Kristallisats be stimmt wird, nachdem die Lösung den Gleichgewichtszustand erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrströmung laminar ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrströmung turbulent ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Teilstrom der zu messenden übersättigten Lösung vor dem Einleiten in das Rohr durch einen Hydrozyklon geleitet wird, um eventuell gebildetes Kristallisat abzu scheiden.