WO2002088860A2 - Device for controlling chemical synthesis processes - Google Patents

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WO2002088860A2
WO2002088860A2 PCT/EP2002/004758 EP0204758W WO02088860A2 WO 2002088860 A2 WO2002088860 A2 WO 2002088860A2 EP 0204758 W EP0204758 W EP 0204758W WO 02088860 A2 WO02088860 A2 WO 02088860A2
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Thomas Beuermann
Joaquim Henrique Teles
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Basf Aktiengesellschaft
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    • G05D21/02—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value characterised by the use of electric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • G—PHYSICS
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    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
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Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling chemical synthesis processes via an online concentration determination of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process, and to a method for controlling chemical synthesis processes which can be carried out with this device.
  • the economic efficiency of a synthesis process determines whether it is implemented from the laboratory to the industrial scale. In general, only those chemical synthesis processes that can guarantee an optimized conversion of the starting materials to the desired product make economic sense. Because only optimized synthesis processes lead to a high degree of purity of the desired product and to economically usable yields when the starting materials are largely implemented.
  • the completeness of the implementation of the starting materials used generally depends on many factors, for example on the temperature control or the pH control during the synthesis process. For example, in reactions in which a reaction only takes place completely in certain pH ranges, it is necessary to constantly check the pH during the course of the reaction and, if necessary, to adapt it by adding suitable substances.
  • the deactivation of the catalytically active substance can be counteracted in the course of a synthesis, for example by increasing the reaction temperature in a manner adapted to it.
  • the generally stepwise deactivation of catalytically active substances can be determined, for example, by the amount of a suitable chemical compound in the synthesis discharge. For this purpose, it is necessary to take samples from the synthesis discharge at certain time intervals during the synthesis process and to determine the content of the respective educt. If a residual educt content deviating from the optimal target value is determined in the discharge, the addition of Educts newly regulated or the reaction conditions (eg temperature) can be adjusted in order to set the conversion back to the desired setpoint.
  • the reaction conditions eg temperature
  • the determination of the respective educt, or its content in the synthesis discharge, is generally carried out using the analytical methods suitable for this educt. So far, the analysis of the starting material has often been carried out separately from the data processing system used for evaluation or process control, and is, if at all, only indirectly linked to it; so to speak "offline”.
  • the synthesis conditions cannot be adapted quickly enough to the changed content of starting material.
  • the synthesis is not optimal until it is adapted.
  • undesirable by-products can increasingly arise. These in turn reduce the yield of the desired product and may also make it more difficult to work it up.
  • the present invention therefore relates to a device for controlling chemical synthesis processes via an online concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in a reaction mixture, the device having at least the following components: (a) at least one device which is suitable for taking at least one sample from a reaction mixture;
  • At least one device which is suitable for determining in the at least one sample a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process;
  • online determination of the concentration of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process covers all method and device arrangements of devices suitable for determining such a substance understood which are directly connected to at least one data processing system and via which it is possible to intervene in a regulating manner in the synthesis process and thus to control it.
  • a device in a direct manner encompasses all types known to the person skilled in the art, in which a device can be connected to at least one data processing system.
  • This connection can be made, for example, via further devices known to the person skilled in the art Device arrangement for determining outgoing signals to receive, amplify, convert and / or model in any other way.
  • Device arrangement for determining outgoing signals to receive, amplify, convert and / or model in any other way can be used with each other as well as with the device arrangement for determining the concentration and with the at least one Data processing system can be connected via commercially available cable connections, IR interfaces or similar means suitable for forwarding signals.
  • the at least one device (a) which is suitable for taking at least one sample from a synthesis plant can, in the context of the invention, have all the devices which are suitable for this, by means of which a certain amount of reaction mixture is taken from the synthesis plant and, if appropriate, passed on to corresponding subsequent devices can.
  • reaction mixture for example capillary lines made of a material which is inert to the reaction mixture.
  • the reaction mixture can of course also be removed automatically.
  • the present invention also relates to a device (a) which has at least one metering system which is suitable for automated sample taking and, if appropriate, forwarding the sample taken to corresponding subsequent devices.
  • the at least one device (b), which is suitable for receiving and optionally for processing the at least one sample, can have all the devices suitable for this. All vessels made of materials which are inert towards the reaction mixture to be absorbed can be used.
  • the vessel can be connected to one or more drain or inlet devices.
  • Suitable feed devices in the context of the present invention are all device arrangements known to the person skilled in the art, by means of which further components such as solvents and / or color reagents can be fed into the vessel.
  • the drain device is suitable for completely or only partially removing the sample located in the vessel.
  • means for mixing the sample for example stirring elements, can also be introduced into the vessel.
  • the vessel can also be cooled and heated.
  • the vessel inside the device (b) can also be suitable for receiving the sample before or during the determination of the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process and also takes place in the vessel.
  • the present invention also relates to a device which has a device (b) with at least one vessel which is used both for receiving and, if appropriate, for processing the at least one sample and for determining the concentration of at least one which influences the course of a synthesis process and / or indicating substance in the at least one sample is suitable.
  • the at least one device (c), which is suitable for determining in the at least one sample a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process, can in principle be used from all suitable device arrangements consist.
  • “parameters related to the concentration of a substance” are understood to mean all measurable variables which can be determined in the sample by suitable methods and which are related to the concentration of the substance in question, for example the extinction of a sample.
  • the concentration determination for the at least one substance is preferably carried out by measuring its absorbance in the UV / VIS range (190-800 nm) of the spectrum using a commercially available UV / VIS spectrometer.
  • the concentration determination for the at least one substance can also be carried out by measurements in the NIR (0.8-2.5 ⁇ m) and IR (2.5-3.0 ⁇ m) wave ranges using suitable methods.
  • a UV / VIS diode line spectrometer is preferably used.
  • UV / NIS spectra are recorded using UV / NIS spectrometers in such a way that the solution to be investigated, for example the reaction mixture which may be prepared, is brought into the measuring beam path of the device and the intensity (I) of the transmitted radiation depending on the wavelength or number used.
  • the intensity (Io) of a so-called reference sample is used as a reference, which usually consists of a solvent in the reaction mixture to be examined, the absorption of which does not interfere with the quantitative evaluation.
  • the concentration of the substance can be determined using the Lambert-Beer law.
  • the solvents commonly used in UV / NIS spectroscopy are: water, hexane, cyclohexane, isooctane, methanol, ethanol, 2-propanol, ether, tetrahydrofuran, dioxane, ethyl acetate, chloroform, carbon tetrachloride, dimethylformamide, acetonitrile, dimethyl sulfoxide and benzene.
  • the present invention also relates to a device in which the device (b) has at least one flow-through cuvette, which both for receiving and, if appropriate, for preparing the at least one sample and for determining one for the concentration of at least one which influences the course of a synthesis process and / or indicating substance in the related parameter in the at least one sample is suitable.
  • the present invention also relates to a device in which the device (c) has at least one probe and at least one spectrometer which is connected to the at least one probe by means of suitable connecting elements.
  • the flow cell mentioned above can also be connected to the at least one spectrometer via suitable connecting elements.
  • Suitable connecting elements in the context of the invention are all devices known to the person skilled in the art which are suitable for transmitting signals of their intensity without major loss of intensity.
  • light guides are preferably used as connecting elements between the at least one probe or flow-through cell and the at least one spectrometer.
  • Light guides made of quartz fibers are particularly preferably used.
  • the present invention also relates to a device which is characterized in that the at least one probe is connected to the at least one spectrometer via light guides, preferably consisting of quartz.
  • the at least one probe which is connected to the at least one spectrometer is any type of probe known to the person skilled in the art, in particular those which are suitable for the spectroscopically detectable phenomena in a medium surrounding or touching them capture.
  • the present invention also relates to a device which is characterized in that the at least one probe is connected to the sample to be determined and is suitable for detecting spectroscopically detectable phenomena, that is to say the parameter, in this sample.
  • the sample can be measured in transmission using a transmission probe or flow-through cell.
  • the realized sample layer thickness in this case is in the range of 50 ⁇ m to 10 cm.
  • ATR attenuated total reflection spectroscopy
  • ATR probes or ATR cells effective penetration depths of the light beam into the sample in the range from 50 nm to less than 50 ⁇ m are achieved.
  • the ATR method is preferably used for samples that have a high substance concentration.
  • the device according to the invention preferably has a fiber-optic transmission probe as at least one probe.
  • the at least one probe as part of the device (c) and the at least one vessel as part of the device (b) to form a firm bond within the scope of the device according to the invention.
  • the probe it is possible for the probe to be in the wall of the vessel, provided that the contact between the sample in the vessel and the probe remains. It is also possible for the at least one probe to replace part of the wall of the at least one vessel.
  • the at least one device (d) which is suitable for evaluating the results of the determination of the at least one parameter which is related to the concentration of a substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process, and if appropriate for storing it and converting it into signals which are suitable for controlling a synthesis plant, can have all the device arrangements known to those skilled in the art.
  • the concentration of the at least one substance is determined by means of device (d) by evaluating the at least one parameter determined by device (c). This value can also be saved using device (d).
  • the device according to the invention also comprises a device (d) which has at least one microprocessor or a data processing system.
  • the concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in the reaction mixture is carried out by means of UV / VIS absorption spectroscopy, the parameters (intensities) determined are evaluated and thus the concentration of this substance is calculated within the scope of the present invention preferably via at least one microcomputer (PC) connected to the spectrometer.
  • PC microcomputer
  • This at least one microcomputer is also suitable for controlling the synthesis plant if the concentration values of the substance in the reaction mixture are transmitted as a current signal to a process control system for controlling the synthesis plant using a digital / analog converter.
  • the spectrometer is preferably connected to only one microcomputer for evaluating the determined parameters. This in turn is connected to the process control system of the synthesis plant. All means suitable for the transmission of signals or data to the person skilled in the art are used to connect the individual devices, for example commercially available electrical cables or optical light guides (e.g. IR interfaces).
  • the device according to the invention has at least one device (e) which is suitable for coordinating a sequence of an online concentration determination via at least the devices (a) to (d).
  • This coordination can take place, for example, via a process computer which is suitable for regulating and managing dynamic processes. Both the acquisition of data and its processing as well as the control process, i.e. the transmission of trigger signals to the respective facilities can be carried out by him.
  • trigger signals is understood to mean signals of all kinds which relate to a specific work process in the respective device
  • Trigger signals received can trigger.
  • the devices (a) and (b) belong to a so-called process titrator, which takes over the triggering of the device (c).
  • the concentration of the substance in the reaction mixture can be determined at several points in the system. It may be necessary to use more than one process titrator. In this case, one of the devices usually takes over the control function ("master").
  • a probe of the device (c) is immersed in each of the vessels of the device (b) located in the process titrators.
  • These probes are preferably connected via light guides to an optical multi-channel multiplexer, so that as a rule a spectrometer (means (c)) is sufficient for the substantially simultaneous detection of the spectroscopically detectable l 5 phenomena in the samples.
  • device (d) is also controlled by the control unit of the metering system via trigger pulses.
  • the process titrator which has the devices (a) and (b), takes over the triggering of the devices (c) and (d).
  • the present invention also relates to a method for controlling chemical synthesis processes using those described above
  • the online concentration determination of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process comprises at least the following steps:
  • Process of the synthesis process is influenced and / or indicates the related parameters in the sample by means of device (c), the time of
  • the amount of the sample which is removed from the synthesis plant in step ( ⁇ ) with the aid of the device (a) is variable within wide limits and is adapted to the dimensions of the individual devices belonging to the device according to the invention. As a rule, 0.5 to 5 ml are removed from the product stream.
  • step ( ⁇ ) If necessary, the sample taken is then processed in step ( ⁇ ).
  • the sample taken can be processed by all methods known to the person skilled in the art, which are used to prepare a sample with a view to determining a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences the course of the synthesis process.
  • solvents, various precipitation reagents or color reagents can be supplied to the sample via the at least one feed device, components can be separated or chemical reactions, e.g. Esterification, or pH changes are carried out.
  • reagents are added to the sample, which form a complex or a compound with the substance to be determined, which can be detected using optical methods.
  • Hydrogen peroxide can also be determined, for example, using the methods described in DE-A 10105528.5, such as the so-called “enzymatic method with peroxidase” or the "cobalt bicarbonate method".
  • titanyl sulfate solution is preferably added, which, together with the hydrogen peroxide to be determined, forms a titanyl peroxo complex which can be detected with the aid of UV / VIS spectroscopy.
  • Acetylacetone and ammonium acetate for the determination of formaldehyde; Iron III chloride for the determination of OH group-containing compounds; 2,6-dichloro-p-benzoquinone-4-chlorimine for the determination of phenols; and a mixture consisting of sodium acetate, iodine solution, sulfanilic acid, sodium thiosulfate and 1-naphthylamine for the selective determination of hydroxylamines.
  • all common alkaline and acidic reagents can also be used, provided they are able to absorb bands of at least one component of the sample, e.g. the substance or possibly interfering components.
  • step ( ⁇ ) a parameter related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process in the sample taken, the reaction mixture, is determined by means (c).
  • the parameter related to the concentration is often the extinction of the sample to be examined, which is calculated from the intensities of a reference sample and the intensity of the sample.
  • the reference sample preferably consists of the solvent, which is also part of the reaction mixture or the sample to be examined.
  • the reference value obtained in this way represents the Io value. This value becomes the actual one
  • the measured value of the intensity of the sample (I value) is related and the actual extinction and, in turn, the concentration of the substance in question in the respective sample are determined using the Lambert-Beersche law.
  • the vessel which is part of device (b) is filled with the respective solvent via the at least one inlet device (likewise part of device (b)) and the intensity of the latter before step ( ⁇ ) Determined reference sample by means of device (c) and recorded by device (d). The reference sample is then withdrawn via the at least one drain device and step ( ⁇ ) follows.
  • the process of measuring the reference sample is also preferably triggered by the process titrator.
  • step ( ⁇ ) The results of the individual measurements are then evaluated in step ( ⁇ ) by means of device (d), i.e. the concentration of the substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process is determined.
  • This value can be stored by device (d) and converted into signals which are suitable for controlling a synthesis plant.
  • step ( ⁇ ) the results evaluated in step ( ⁇ ) are transferred to a device suitable for controlling a synthesis plant.
  • the transmission can be carried out by any means known to the person skilled in the art.
  • the transmission is preferably carried out by means of a current signal converted from the respective concentration value by a digital / analog converter to the process control system of the respective synthesis plant.
  • a "device suitable for controlling, regulating a synthesis plant” is generally understood to mean a so-called process control system, which can be part of a synthesis plant, but can also be operated externally.
  • process control system which can be part of a synthesis plant, but can also be operated externally.
  • suitable control programs for example mathematical simulation programs, which allow process control-regulation via the control / regulation of parameters influencing the synthesis process (for example pH-value, temperature, educt concentration).
  • These programs compare, for example, the signals supplied to the process control system with the signals which are the basis for the optimal synthesis process and, if necessary, cause readjustment, for example increasing the reaction temperature.
  • the concentration value thus determined in the respective sample is thus transmitted to the process control system as a current signal with the aid of a digital / analog converter. Controlled by appropriate programs, this adapts the synthesis conditions.
  • the present invention comprises a so-called expert system.
  • an expert system is understood to be a program which makes decisions by means of artificial intelligence and access to a very extensive database.
  • the present invention relates to a program, for example a computer program, with program code means for carrying out the method according to the invention, a data carrier with this program and such a program, which can be carried out with the aid of the device according to the invention, so as to enable the method according to the invention to be carried out.
  • the present invention is preferably used in the context of a method for online determination of hydrogen peroxide, as described in DE-A 10105528.5.
  • the present invention particularly preferably relates to the use of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for controlling at least one propylene oxide synthesis plant.
  • the overall setup for UV VIS spectroscopic online concentration determination consists of:
  • a dosing and control system e.g. process titrator of the "ADI" series from Metrohm
  • a UV / NIS spectrometer (preferably a diode line spectrometer) is connected for recording spectra and
  • the H2 ⁇ 2 concentrations thus determined in the product stream can then be applied to a process control system for controlling the system using a digital / analog converter as a 4-20 mA current signal.
  • FIG. 1 The schematic structure is shown in FIG. 1.
  • the UN / VIS spectrometer is preferably triggered by the process titrator.
  • a transmission probe is then immersed in each of the reaction vessels in the process titrators. If these transmission probes are connected to an optical multi-channel multiplexer via optical fibers (preferably made of quartz), a spectrometer is usually sufficient for the (almost) simultaneous recording of the absorption spectra at the various measuring points.
  • Example 2
  • Example 1 For the online determination of the concentration of the substance in the discharge from a reactor, a system was constructed as described in Example 1 (FIG. 1), which had the following components:
  • Dosing system ADI 2015 from Metrohm
  • MCS 521 UV / NIS diode line spectrometer
  • PLS process control system
  • Reagent typically 0.5 - 5 ml
  • Reagent which forms a complex or a compound with the substance to be determined, which can be detected with the aid of optical methods, is metered into the measuring cell, 8.
  • Pause (a few seconds at room temperature) to form the complex or the compound to be detected,
  • solvent e.g. water
  • a certain volume typically 25 - 500 ml

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Abstract

The invention relates to a device for controlling chemical synthesis processes by determining online the concentration of at least one substance in a reaction mixture, which influences and/or indicates the progression of a synthesis process, wherein the device comprises at least the following components: (a) at least one device (1) suitable for taking at least one sample from the reaction mixture; (b) at least one device (3) suitable for receiving and optionally processing the at least one sample; (c) at least one device (4) suitable for determining a proportional parameter relative to the concentration of at least one substance which influences and/or indicates the progression of the synthesis process in the at least one sample; (d) at least one device (9) suitable for evaluating the results of the determination of the at least one parameter according to (c) and optionally for storing and also converting said results into signals suitable for controlling a synthesis device; (e) at least one device suitable for coordinating the progression of online concentration determination by at least the devices (a) to (d). The invention also relates to a method for controlling chemical synthesis processes, which can be carried out using the inventive device.

Description

Vorrichtung zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen Device for controlling chemical synthesis processes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen über eine Online-Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Reaktionsgemisch, sowie ein mit dieser Vorrichtung durchführbares Verfahren zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen.The present invention relates to a device for controlling chemical synthesis processes via an online concentration determination of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process, and to a method for controlling chemical synthesis processes which can be carried out with this device.
In der Regel bestimmt die Wirtschaftlichkeit eines Syntheseprozesses, ob dieser vom Labor- in den Industriemaßstab umgesetzt wird. Wirtschaftlich sinnvoll sind im allgemeinen nur solche chemischen Syntheseprozesse, welche eine optimierte Umsetzung der Edukte zu dem gewünschten Produkt gewährleisten können. Denn ausschließlich optimierte Syntheseprozesse führen bei weitgehend vollständiger Umsetzung der Edukte zu einem hohen Reinheitsgrad des gewünschten Produkts und zu wirtschaftlich nutzbaren Ausbeuten.As a rule, the economic efficiency of a synthesis process determines whether it is implemented from the laboratory to the industrial scale. In general, only those chemical synthesis processes that can guarantee an optimized conversion of the starting materials to the desired product make economic sense. Because only optimized synthesis processes lead to a high degree of purity of the desired product and to economically usable yields when the starting materials are largely implemented.
Die Vollständigkeit der Umsetzung der eingesetzten Edukte hängt im allgemeinen von vielen Faktoren ab, beispielsweise von der Temperaturführung oder der pH- Wert-Kontrolle während des Syntheseprozesses. So ist es beispielsweise notwendig bei Reaktionen, bei welchen eine Umsetzung nur in bestimmten pH-Bereichen vollständig verläuft, den pH- Wert im laufe der Reaktion ständig zu kontrollieren und bei Bedarf durch Zugabe von geeigneten Substanzen anzupassen.The completeness of the implementation of the starting materials used generally depends on many factors, for example on the temperature control or the pH control during the synthesis process. For example, in reactions in which a reaction only takes place completely in certain pH ranges, it is necessary to constantly check the pH during the course of the reaction and, if necessary, to adapt it by adding suitable substances.
Auch bei katalytischen Umsetzungen kann der Desaktivierung der katalytisch aktiven Substanz im laufe einer Synthese beispielsweise durch die daran angepaßte Erhöhung der Reaktionstemperatur entgegengewirkt werden.Even in the case of catalytic reactions, the deactivation of the catalytically active substance can be counteracted in the course of a synthesis, for example by increasing the reaction temperature in a manner adapted to it.
Die in der Regel stufenweise Desaktivierung von katalytisch aktiven Substanzen läßt sich beispielweise an der Höhe des Gehalts an einer dafür geeigneten chemischen Verbindung im Syntheseaustrag bestimmen. Dazu ist es notwendig, während des Syntheseverfahrens in bestimmten zeitlichen Abständen Proben aus dem Syntheseaustrag zu entnehmen und den Gehalt des jeweiligen Edukts zu ermitteln. Wird im Austrag ein vom optimalen Sollwert abweichender Restgehalt an Edukt bestimmt, so können beispielsweise die Zugabe der Edukte neu geregelt oder aber auch die Reaktionsbedingungen (z.B. Temperatur) angepaßt werden, um den Umsatz wieder auf den gewünschten Sollwert einzustellen.The generally stepwise deactivation of catalytically active substances can be determined, for example, by the amount of a suitable chemical compound in the synthesis discharge. For this purpose, it is necessary to take samples from the synthesis discharge at certain time intervals during the synthesis process and to determine the content of the respective educt. If a residual educt content deviating from the optimal target value is determined in the discharge, the addition of Educts newly regulated or the reaction conditions (eg temperature) can be adjusted in order to set the conversion back to the desired setpoint.
Die Bestimmung des jeweiligen Edukts, bzw. dessen Gehalt im Syntheseaustrag erfolgt in der Regel über die für dieses Edukt geeigneten Analysemethoden. Bisher erfolgte die Analyse des Edukts häufig getrennt von der zur Auswertung oder Prozeßsteuerung verwendeten Datenverarbeitungsanlage, und ist, wenn überhaupt, nur indirekt mit dieser gekoppelt; sozusagen „Offline".The determination of the respective educt, or its content in the synthesis discharge, is generally carried out using the analytical methods suitable for this educt. So far, the analysis of the starting material has often been carried out separately from the data processing system used for evaluation or process control, and is, if at all, only indirectly linked to it; so to speak "offline".
Somit kommt es in der Regel zu einer nennenswerten zeitlichen Verzögerung zwischen der Bestimmung des Gehalts an Edukt sowie der notwendigerweise resultierenden Anpassung der Synthesebedingungen durch die mit der Prozeßsteuerung der Syntheseanlage verbundenen Datenverarbeitungsanlage.This generally results in a significant time lag between the determination of the educt content and the necessarily resulting adaptation of the synthesis conditions by the data processing system connected to the process control of the synthesis system.
Aufgrund dieser zeitlichen Verzögerung können die Synthesebedingungen nicht schnell genug an den veränderten Gehalt an Edukt angepaßt werden. Die Synthese verläuft bis zur Anpassung nicht optimal. Während dieser Zeit können beispielsweise vermehrt unerwünschte Nebenprodukte entstehen. Diese verringern wiederum die Ausbeute an dem gewünschten Produkt und erschweren unter Umständen auch dessen Aufarbeitung.Because of this time delay, the synthesis conditions cannot be adapted quickly enough to the changed content of starting material. The synthesis is not optimal until it is adapted. During this time, for example, undesirable by-products can increasingly arise. These in turn reduce the yield of the desired product and may also make it more difficult to work it up.
Aus den genannten Gründen ist es bisher weitgehend unmöglich, die Wirtschaftlichkeit von Syntheseverfahren durch ein Monitoring der Konzentration einer bestimmten Substanz, z.B. eines Edukts, hinsichtlich der Ausbeute und auch der Reinheit des Produkts zu verbessern.For the reasons mentioned, it has so far been largely impossible to assess the economics of synthetic processes by monitoring the concentration of a particular substance, e.g. of an educt, with regard to the yield and also the purity of the product.
Somit bestand eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen über eine Online-Konzentrationsbestimmung einer im Reaktionsgemisch vorhandenen Substanz bereitzustellen, durch welche die oben aufgeführten Nachteile vermieden werden.It was therefore an object of the invention to provide a device for controlling chemical synthesis processes via online concentration determination of a substance present in the reaction mixture, by means of which the disadvantages listed above are avoided.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen über eine Online-Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz in einem Reaktionsgemisch, wobei die Vorrichtung wenigstens folgende Komponenten aufweist: (a) wenigstens eine Einrichtung, welche zur Entnahme wenigstens einer Probe aus einem Reaktionsgemisch geeignet ist;The present invention therefore relates to a device for controlling chemical synthesis processes via an online concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in a reaction mixture, the device having at least the following components: (a) at least one device which is suitable for taking at least one sample from a reaction mixture;
(b) wenigstens eine Einrichtung, welche zur Aufnahme sowie gegebenenfalls zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe geeignet ist;(b) at least one device which is suitable for receiving and optionally for processing the at least one sample;
(c) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, in der wenigstens einen Probe einen zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameter zu bestimmen;(c) at least one device which is suitable for determining in the at least one sample a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process;
(d) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, die Ergebnisse der Bestimmung des wenigstens einen Parameters gemäß (c) auszuwerten, gegebenenfalls zu speichern, sowie in Signale umzuwandeln, welche zur Steuerung einer Synthesenanlage geeignet sind;(d) at least one device which is suitable for evaluating, if appropriate storing, the results of the determination of the at least one parameter in accordance with (c) and for converting them into signals which are suitable for controlling a synthesis system;
(e) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, einen Ablauf einer Online- Konzentrationsbestimmung über wenigstens die Einrichtungen (a) bis (d) zu koordinieren.(e) at least one device which is suitable for coordinating a sequence of an online concentration determination via at least the devices (a) to (d).
Unter dem Begriff „Online-Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Reaktionsgemisch", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden sämtliche Verfahrens- bzw. Geräteanordnungen von zur Bestimmung einer solchen Substanz geeigneten Geräten verstanden, welche in direkter Weise mit wenigstens einer Datenverarbeitungsanlage in Verbindung stehen und über welche es möglich ist, regulierend in den Syntheseprozeß einzugreifen und diesen somit zu steuern.The term “online determination of the concentration of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process”, as used in the context of the present invention, covers all method and device arrangements of devices suitable for determining such a substance understood which are directly connected to at least one data processing system and via which it is possible to intervene in a regulating manner in the synthesis process and thus to control it.
Der Ausdruck „in direkter Weise" umfaßt dabei alle dem Fachmann bekannten Arten, in welchen ein Gerät mit wenigstens einer Datenverarbeitungsanlage in Verbindung stehen kann. Diese Verbindung kann beispielsweise über weitere dem Fachmann bekannte Geräte erfolgen. Diese sind z.B. in der Lage, die von der Geräteanordnung zur Bestimmung ausgehenden Signale zu empfangen, zu verstärken, zu wandeln und/oder anderweitig zu modellieren. Weiterhin können sie sowohl untereinander, als auch mit der Geräteanordnung zur Konzentrationsbestimmung sowie mit der wenigstens einen Datenverarbeitungsanlage über handelsübliche Kabelverbindungen, IR-Schnittstellen oder ähnlichen zur Weiterleitung von Signalen geeigneten Mitteln verbunden sein.The expression "in a direct manner" encompasses all types known to the person skilled in the art, in which a device can be connected to at least one data processing system. This connection can be made, for example, via further devices known to the person skilled in the art Device arrangement for determining outgoing signals to receive, amplify, convert and / or model in any other way. Furthermore, they can be used with each other as well as with the device arrangement for determining the concentration and with the at least one Data processing system can be connected via commercially available cable connections, IR interfaces or similar means suitable for forwarding signals.
Die wenigstens eine Einrichtung (a), welche zur Entnahme wenigstens einer Probe aus einer Syntheseanlage geeignet ist, kann im Rahmen der Erfindung alle dafür geeigneten Geräte aufweisen, durch welche aus der Syntheseanlage eine bestimmte Menge an Reaktionsgemisch entnommen und gegebenenfalls zu entsprechend nachfolgenden Einrichtungen weitergeleitet werden kann.The at least one device (a) which is suitable for taking at least one sample from a synthesis plant can, in the context of the invention, have all the devices which are suitable for this, by means of which a certain amount of reaction mixture is taken from the synthesis plant and, if appropriate, passed on to corresponding subsequent devices can.
Zur Entnahme einer bestimmten Menge an Reaktionsgemisch sind in der Regel alle dem Fachmann bekannten Probenfördersysteme, wie z.B. Pumpen, welche wiederum Bestandteil von Dosiersystemen, wie z.B. Prozeßtitratoren sein können, geeignet.To remove a certain amount of reaction mixture, all sample transport systems known to the person skilled in the art, such as Pumps, which in turn are part of dosing systems, e.g. Process titrators can be suitable.
Zur Zu- und Ableitung des Reaktionsgemisches können alle dem Fachmann bekannten Leitungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise Kapillarleitungen aus einem gegenüber dem Reaktionsgemisch inerten Material. Die Entnahme des Reaktionsgemisches kann selbstverständlich auch automatisiert erfolgen.All conduction means known to the person skilled in the art can be used for supplying and discharging the reaction mixture, for example capillary lines made of a material which is inert to the reaction mixture. The reaction mixture can of course also be removed automatically.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Einrichtung (a), welche wenigstens ein Dosiersystem aufweist, welches für die automatisierte Probenentnahme sowie gegebenenfalls Weiterleitung der entnommenen Probe zu entsprechend nachfolgenden Einrichtungen geeignet ist.Accordingly, the present invention also relates to a device (a) which has at least one metering system which is suitable for automated sample taking and, if appropriate, forwarding the sample taken to corresponding subsequent devices.
Die wenigstens eine Einrichtung (b), welche zur Aufnahme sowie gegebenenfalls zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe geeignet ist, kann alle dafür geeigneten Geräte aufweisen. Einsetzbar sind dabei alle Gefäße aus Materialien, welche sich inert gegenüber dem aufzunehmenden Reaktionsgemisch verhalten.The at least one device (b), which is suitable for receiving and optionally for processing the at least one sample, can have all the devices suitable for this. All vessels made of materials which are inert towards the reaction mixture to be absorbed can be used.
Weiterhin kann das Gefäß mit einem oder mit mehreren Ab- oder Zulaufvorrichtungen verbunden sein. Als Zulaufvorrichtungen eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle dem Fachmann bekannten Geräteanordnungen, durch welche in das Gefäß weitere Komponenten wie beispielsweise Lösungsmittel und/oder Farbreagenzien zugeführt werden können. Die AblaufVorrichtung ist dazu geeignet, die sich in dem Gefäß befindliche Probe, aus diesem vollständig oder auch nur teilweise zu entfernen. Selbstverständlich können in das Gefäß auch Mittel zum Vermischen der Probe eingebracht werden, beispielsweise Rührelemente. Auch kann das Gefäß sowohl gekühlt als auch beheizt werden.Furthermore, the vessel can be connected to one or more drain or inlet devices. Suitable feed devices in the context of the present invention are all device arrangements known to the person skilled in the art, by means of which further components such as solvents and / or color reagents can be fed into the vessel. The drain device is suitable for completely or only partially removing the sample located in the vessel. Of course, means for mixing the sample, for example stirring elements, can also be introduced into the vessel. The vessel can also be cooled and heated.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Gefäß innerhalb der Einrichtung (b) auch zur Aufnahme der Probe vor oder während der ebenfalls im Gefäß stattfindenden Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz geeignet sein.In the context of the present invention, the vessel inside the device (b) can also be suitable for receiving the sample before or during the determination of the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process and also takes place in the vessel.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, welche eine Einrichtung (b) mit wenigstens einem Gefäß aufweist, welches sowohl zur Aufnahme und gegebenenfalls zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe als auch zur Bestimmung der Konzentration von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz in der wenigstens einen Probe geeignet ist.Accordingly, the present invention also relates to a device which has a device (b) with at least one vessel which is used both for receiving and, if appropriate, for processing the at least one sample and for determining the concentration of at least one which influences the course of a synthesis process and / or indicating substance in the at least one sample is suitable.
Die wenigstens eine Einrichtung (c), welche geeignet ist, in der wenigstens einen Probe einen zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameter zu bestimmen, kann grundsätzlich aus allen dazu geeigneten Geräteanordnungen bestehen.The at least one device (c), which is suitable for determining in the at least one sample a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process, can in principle be used from all suitable device arrangements consist.
Unter "zur Konzentration einer Substanz im Verhältnis stehenden Parametern" werden im Rahmen der Erfindung alle in der Probe über geeignete Methoden bestimmbaren Meßgrößen verstanden, welche zur Konzentration der betreffenden Substanz im Verhältnis stehen, beispielsweise die Extinktion einer Probe.In the context of the invention, “parameters related to the concentration of a substance” are understood to mean all measurable variables which can be determined in the sample by suitable methods and which are related to the concentration of the substance in question, for example the extinction of a sample.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Konzentrationsbestimmung für die wenigstens eine Substanz bevorzugt durch die Messung ihrer Extinktion im UV/VIS- Bereich (190 - 800 nm) des Spektrums unter Verwendung eines handelsüblichen UV/VIS- Spektrometers. Die Konzentrationsbestimmung für die wenigstens eine Substanz kann auch durch Messungen in den Wellenbereichen NIR (0,8 - 2,5 μm) sowie IR (2,5 - 3,0 μm) durch dort geeignete Methoden erfolgen.In the context of the present invention, the concentration determination for the at least one substance is preferably carried out by measuring its absorbance in the UV / VIS range (190-800 nm) of the spectrum using a commercially available UV / VIS spectrometer. The concentration determination for the at least one substance can also be carried out by measurements in the NIR (0.8-2.5 μm) and IR (2.5-3.0 μm) wave ranges using suitable methods.
Im Rahmen der Erfindung wird bevorzugt ein UV/VIS-Diodenzeilenspektrometer eingesetzt. Prinzipiell geht man bei der Aufnahme von UV/NIS-Spektren mit Hilfe von UV/NIS- Spektrometern so vor, daß man die zu untersuchende Lösung, beispielsweise das gegebenenfalls aufbereitete Reaktionsgemisch in den Meßstrahlengang des Gerätes bringt und die Intensität (I) der durchgelassenen Strahlung in Abhängigkeit von der verwendeten Wellenlänge bzw. -zahl registriert. Als Referenz dient die Intensität (Io) einer sogenannten Referenzprobe, welche in der Regel aus einem in dem zu untersuchenden Reaktionsgemisch befindlichen Lösungsmittel besteht, dessen Absorption die quantitative Auswertung nicht stört.In the context of the invention, a UV / VIS diode line spectrometer is preferably used. In principle, UV / NIS spectra are recorded using UV / NIS spectrometers in such a way that the solution to be investigated, for example the reaction mixture which may be prepared, is brought into the measuring beam path of the device and the intensity (I) of the transmitted radiation depending on the wavelength or number used. The intensity (Io) of a so-called reference sample is used as a reference, which usually consists of a solvent in the reaction mixture to be examined, the absorption of which does not interfere with the quantitative evaluation.
Da die Extinktion der Konzentration proportional ist, kann über das Lambert-Beersche Gesetz die Konzentration der Substanz bestimmt werden.Since the absorbance is proportional to the concentration, the concentration of the substance can be determined using the Lambert-Beer law.
Die in der UV/NIS-Spektroskopie häufig verwendeten Lösungsmittel sind: Wasser, Hexan, Cyclohexan, Isooctan, Methanol, Ethanol, 2-Propanol, Ether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Ethylacetat, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Dimethylformamid, Acetonitril, Dimethylsulfoxid sowie Benzol.The solvents commonly used in UV / NIS spectroscopy are: water, hexane, cyclohexane, isooctane, methanol, ethanol, 2-propanol, ether, tetrahydrofuran, dioxane, ethyl acetate, chloroform, carbon tetrachloride, dimethylformamide, acetonitrile, dimethyl sulfoxide and benzene.
In der Regel dienen zur Aufnahme der mit einem Spektrometer zu untersuchenden Substanz spezielle Küvetten, welche in den Meßstrahlengang des Gerätes eingesetzt werden. Im sichtbaren Bereich genügen in der Regel Glasküvetten, im UV-Bereich benötigt man Quarzküvetten.As a rule, special cuvettes are used to record the substance to be examined with a spectrometer, which are inserted into the measuring beam path of the device. Glass cuvettes are usually sufficient in the visible range, quartz cuvettes are required in the UV range.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, in welcher die Einrichtung (b) wenigstens eine Durchflußküvette aufweist, welche sowohl zur Aufnahme als auch gegebenenfalls zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe als auch zur Bestimmung eines zur Konzentration von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Verhältnis stehenden Parameters in der wenigstens einen Probe geeignet ist.Accordingly, the present invention also relates to a device in which the device (b) has at least one flow-through cuvette, which both for receiving and, if appropriate, for preparing the at least one sample and for determining one for the concentration of at least one which influences the course of a synthesis process and / or indicating substance in the related parameter in the at least one sample is suitable.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, zur Messung der Intensität des zu untersuchenden Reaktionsgemisches eine mit dem Spektrometer in Verbindung stehende Sonde einzusetzen.Furthermore, it is possible within the scope of the invention to use a probe connected to the spectrometer to measure the intensity of the reaction mixture to be examined.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, in welcher die Einrichtung (c) wenigstens eine Sonde sowie wenigstens ein Spektrometer, welches mit der wenigstens einen Sonde über geeignete Verbindungselemente verbunden ist, aufweist. Auch die oben erwähnte Durchflußküvette kann über geeignete Verbindungselemente mit dem wenigstens einen Spektrometer verbunden sein.Accordingly, the present invention also relates to a device in which the device (c) has at least one probe and at least one spectrometer which is connected to the at least one probe by means of suitable connecting elements. The flow cell mentioned above can also be connected to the at least one spectrometer via suitable connecting elements.
Geeignete Verbindungselemente sind im Rahmen der Erfindung alle dem Fachmann dafür bekannten Vorrichtungen, welche geeignet sind, Signale ohne größeren Intensitätsverlust von deren Intensität weiterzuleiten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt Lichtleiter als Verbindungselemente zwischen der wenigstens einen Sonde oder Durchflußküvette und dem wenigstens einen Spektrometer verwendet. Besonders bevorzugt werden Lichtleiter aus Quarzfasern verwendet.Suitable connecting elements in the context of the invention are all devices known to the person skilled in the art which are suitable for transmitting signals of their intensity without major loss of intensity. In the context of the present invention, light guides are preferably used as connecting elements between the at least one probe or flow-through cell and the at least one spectrometer. Light guides made of quartz fibers are particularly preferably used.
Auch im Hinblick auf eine Prozeßüberwachung in explosionsgefahrdeten Umgebungen ist der Einsatz von Lichtleitern von Vorteil, da dann das Spektrometer sowie die damit verbundenen weiteren Einrichtungen bis zu mehreren hundert Metern entfernt von der Meßstelle, beispielsweise in einem Analysenraum oder der Prozeßleitstelle der Syntheseanlage, aufgestellt werden können.The use of light guides is also advantageous with regard to process monitoring in potentially explosive environments, since the spectrometer and the other devices connected to it can then be set up up to several hundred meters away from the measuring point, for example in an analysis room or the process control center of the synthesis plant ,
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die wenigstens eine Sonde über Lichtleiter, bevorzugt bestehend aus Quarz, mit dem wenigstens einen Spektrometer in Verbindung steht.Accordingly, the present invention also relates to a device which is characterized in that the at least one probe is connected to the at least one spectrometer via light guides, preferably consisting of quartz.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignet sich als die wenigstens eine Sonde, welche mit dem wenigstens einen Spektrometer in Verbindung steht jede dem Fachmann bekannte Art von Sonden, insbesondere solche, welche dazu geeignet sind, die spektroskopisch detektierbaren Erscheinungen in einem sie umgebenden bzw. berührenden Medium zu erfassen.In the context of the present invention, the at least one probe which is connected to the at least one spectrometer is any type of probe known to the person skilled in the art, in particular those which are suitable for the spectroscopically detectable phenomena in a medium surrounding or touching them capture.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die wenigstens eine Sonde mit der zu bestimmenden Probe in Verbindung steht und dazu geeignet ist, spektroskopisch detektierbare Erscheinungen, also den Parameter, in dieser Probe zu erfassen.Accordingly, the present invention also relates to a device which is characterized in that the at least one probe is connected to the sample to be determined and is suitable for detecting spectroscopically detectable phenomena, that is to say the parameter, in this sample.
Dabei kann die Probe in Transmission mittels Transmissionssonde oder Durchflußküvette gemessen werden. Die realisierte Probenschichtdicke liegt in diesem Fall im Bereich von 50 μm bis 10 cm. Bei hohen Probenkonzentrationen und damit hohen Extinktionen ist es häufig empfehlenswert, das Prinzip der abgeschwächten Totalreflexionsspektroskopie (ATR) einzusetzen. Mit Hilfe sogenannter ATR-Sonden oder ATR-Zellen werden dabei effektive Eindringtiefen des Lichtstrahls in die Probe im Bereich von 50 nm bis unter 50 μm erreicht. Die ATR-Methode wird bevorzugt für Proben verwendet, die eine hohe Substanzkonzentration aufweisen.The sample can be measured in transmission using a transmission probe or flow-through cell. The realized sample layer thickness in this case is in the range of 50 μm to 10 cm. With high sample concentrations and thus high extinctions, it is often advisable to use the principle of attenuated total reflection spectroscopy (ATR). With the help of so-called ATR probes or ATR cells, effective penetration depths of the light beam into the sample in the range from 50 nm to less than 50 μm are achieved. The ATR method is preferably used for samples that have a high substance concentration.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung als wenigstens eine Sonde eine faseroptische Transmissionssonde auf.The device according to the invention preferably has a fiber-optic transmission probe as at least one probe.
Es ist auch möglich, daß die wenigstens eine Sonde als Bestandteil der Einrichtung (c) sowie das wenigstens eine Gefäß als Bestandteil der Einrichtung (b) im Rahmen der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung einen festen Verbund bilden.It is also possible for the at least one probe as part of the device (c) and the at least one vessel as part of the device (b) to form a firm bond within the scope of the device according to the invention.
Beispielsweise ist es möglich, daß sich die Sonde in der Wandung des Gefäßes befindet, vorausgesetzt, daß der Kontakt zwischen der sich in dem Gefäß befindlichen Probe und der Sonde bestehen bleibt. Auch ist es möglich, daß die wenigstens eine Sonde einen Teil der Wandung des wenigstens einen Gefäßes ersetzt.For example, it is possible for the probe to be in the wall of the vessel, provided that the contact between the sample in the vessel and the probe remains. It is also possible for the at least one probe to replace part of the wall of the at least one vessel.
Die wenigstens eine Einrichtung (d), welche geeignet ist, die Ergebnisse der Bestimmung des wenigstens einen zur Konzentration einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameters auszuwerten, gegebenenfalls zu speichern sowie in Signale umzuwandeln, welche zur Steuerung einer Syntheseanlage geeignet sind, kann alle dem Fachmann dafür bekannten Geräteanordnungen aufweisen.The at least one device (d) which is suitable for evaluating the results of the determination of the at least one parameter which is related to the concentration of a substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process, and if appropriate for storing it and converting it into signals which are suitable for controlling a synthesis plant, can have all the device arrangements known to those skilled in the art.
Demgemäß erfolgt mittels Einrichtung (d) über die Auswertung des mittels Einrichtung (c) ermittelten wenigstens einen Parameters die Konzentrationsbestimmung der wenigstens einen Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt. Dieser Wert kann mittels Einrichtung (d) auch gespeichert werden.Accordingly, the concentration of the at least one substance, which influences and / or indicates the course of the synthesis process, is determined by means of device (d) by evaluating the at least one parameter determined by device (c). This value can also be saved using device (d).
Für eine derartige Prozeßdatenverarbeitung stehen eine Reihe von Rechnersystemen zur Verfügung, deren Aufbau und Struktur an die jeweilige Aufgabe angepaßt ist. In der Regel eignen sich für die Überwachung und Kontrolle sogenannter mechatronischer Systeme handelsübliche Mikrocomputer (PC's) mit Standardprozessoren. Demgemäß umfaßt die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Einrichtung (d), welche wenigstens einen Mikroprozessor bzw. eine Datenverarbeitungsanlage aufweist.A number of computer systems are available for such process data processing, the structure and structure of which is adapted to the respective task. As a rule, commercially available microcomputers (PC's) with standard processors are suitable for the monitoring and control of so-called mechatronic systems. Accordingly, the device according to the invention also comprises a device (d) which has at least one microprocessor or a data processing system.
Wird die Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Reaktionsgemisch über die UV/VIS-Absorptionsspektroskopie durchgeführt, so erfolgt die Auswertung der dabei ermittelten Parameter (Intensitäten) und damit die Konzentrationsberechnung dieser Substanz im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise über wenigstens einen mit dem Spektrometer in Verbindung stehenden Mikrocomputer (PC). Dieser wenigstens eine Mikrocomputer ist ebenfalls zur Steuerung der Syntheseanlage geeignet, falls die Konzentrationswerte der Substanz im Reaktionsgemisch mit Hilfe eines Digital-/ Analog- Wandlers als Stromsignal auf ein Prozeßleitsystem zur Steuerung der Syntheseanlage übertragen werden.If the concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in the reaction mixture is carried out by means of UV / VIS absorption spectroscopy, the parameters (intensities) determined are evaluated and thus the concentration of this substance is calculated within the scope of the present invention preferably via at least one microcomputer (PC) connected to the spectrometer. This at least one microcomputer is also suitable for controlling the synthesis plant if the concentration values of the substance in the reaction mixture are transmitted as a current signal to a process control system for controlling the synthesis plant using a digital / analog converter.
Im Rahmen der Erfindung steht das Spektrometer vorzugsweise mit nur einem Mikrocomputer zur Auswertung der ermittelten Parameter in Verbindung. Dieser wiederum steht mit dem Prozeßleitsystem der Syntheseanlage in Verbindung. Zur Verbindung der einzelnen Geräte dienen alle dem Fachmann für die Weiterleitung von Signalen bzw. Daten geeigneten Mittel, beispielsweise handelsübliche elektrische Kabel oder optische Lichtleiter (z.B. IR-Schnittstellen).In the context of the invention, the spectrometer is preferably connected to only one microcomputer for evaluating the determined parameters. This in turn is connected to the process control system of the synthesis plant. All means suitable for the transmission of signals or data to the person skilled in the art are used to connect the individual devices, for example commercially available electrical cables or optical light guides (e.g. IR interfaces).
Weiter weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung (e) auf, welche geeignet ist, einen Ablauf einer Online-Konzentrationsbestimmung über wenigstens die Einrichtungen (a) bis (d) zu koordinieren.Furthermore, the device according to the invention has at least one device (e) which is suitable for coordinating a sequence of an online concentration determination via at least the devices (a) to (d).
Diese Koordination kann beispielsweise über einen Prozeßrechner, welcher dafür geeignet ist dynamische Abläufe zu regeln und zu verwalten, erfolgen. Sowohl die Erfassung von Daten als auch deren Verarbeitung sowie der Regelvorgang, d.h. die Übermittlung von Triggersignalen an die jeweiligen Einrichtungen, kann durch ihn vorgenommen werden.This coordination can take place, for example, via a process computer which is suitable for regulating and managing dynamic processes. Both the acquisition of data and its processing as well as the control process, i.e. the transmission of trigger signals to the respective facilities can be carried out by him.
Unter dem Begriff "Triggersignale" versteht man im Rahmen der Erfindung Signale aller Art, welche einen bestimmten Arbeitsprozeß in dem jeweiligen Gerät, welches dieseIn the context of the invention, the term “trigger signals” is understood to mean signals of all kinds which relate to a specific work process in the respective device
Triggersignale empfängt, auslösen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören die Einrichtungen (a) sowie (b) zu einem sogenannten Prozeß-Titrator, welcher die Triggerung der Einrichtung (c) übernimmt.Trigger signals received, can trigger. In a preferred embodiment of the present invention, the devices (a) and (b) belong to a so-called process titrator, which takes over the triggering of the device (c).
5 Im Rahmen der Erfindung ist die Konzentrationsbestimmung der Substanz im Reaktionsgemisch an mehreren Stellen der Anlage möglich. Hierbei kann es erforderlich sein, mehr als einen Prozeß-Titrator einzusetzen. In diesem Fall übernimmt dann in der Regel eines der Geräte die Steuerfunktion („Master").5 Within the scope of the invention, the concentration of the substance in the reaction mixture can be determined at several points in the system. It may be necessary to use more than one process titrator. In this case, one of the devices usually takes over the control function ("master").
1° Weiterhin ist es dabei im Rahmen der Erfindung auch möglich, daß in jedes der sich in den Prozeß-Titratoren befindlichen Gefäße der Einrichtung (b) eine Sonde der Einrichtung (c) eintaucht. Diese Sonden sind vorzugsweise über Lichtleiter mit einem optischen Mehrkanal-Multiplexer verbunden, so daß in der Regel ein Spektrometer (Einrichtung (c)) für die weitgehend gleichzeitige Erfassung der spektroskopisch detektierbaren l 5 Erscheinungen in den Proben ausreicht.1 ° Furthermore, it is also possible within the scope of the invention that a probe of the device (c) is immersed in each of the vessels of the device (b) located in the process titrators. These probes are preferably connected via light guides to an optical multi-channel multiplexer, so that as a rule a spectrometer (means (c)) is sufficient for the substantially simultaneous detection of the spectroscopically detectable l 5 phenomena in the samples.
Weiterhin wurde bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung überraschend gefunden, daß es möglich ist, ein bzw. mehrere Dosiersysteme der Einrichtung (a) sowie ein Spektrometer der Einrichtung (c) auch unterschiedlicher Gerätehersteller, miteinander 0 zu koppeln und zeitlich zu synchronisieren. Dazu wurde eine entsprechende Ablaufsequenz (Steuerprogramm) für das Dosiersystem entwickelt, welche über eine elektronische Schnittstelle oder über Triggerimpulse die Kommunikation mit dem Spektrometer ermöglicht.Furthermore, it was surprisingly found in the development of the device according to the invention that it is possible to couple one or more metering systems of device (a) and a spectrometer of device (c), even from different device manufacturers, with one another and to synchronize them in time. For this purpose, a corresponding sequence (control program) for the dosing system was developed, which enables communication with the spectrometer via an electronic interface or trigger pulses.
5 Daher ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin vorteilhaft, wenn auch Einrichtung (d) von der Steuereinheit des Dosiersystems über Triggerimpulse gesteuert wird.It is therefore also advantageous in the context of the present invention if device (d) is also controlled by the control unit of the metering system via trigger pulses.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform übernimmt somit der Prozeß-Titrator, 0 welcher die Einrichtungen (a) und (b) aufweist, die Triggerung der Einrichtungen (c) und (d).In a further preferred embodiment, the process titrator, which has the devices (a) and (b), takes over the triggering of the devices (c) and (d).
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen unter Verwendung der oben beschriebenenFurthermore, the present invention also relates to a method for controlling chemical synthesis processes using those described above
3 erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Online-Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Reaktionsgemisch wenigstens folgende Schritte umfaßt:3 device according to the invention, the online concentration determination of at least one substance in the reaction mixture which influences and / or indicates the course of a synthesis process comprises at least the following steps:
(α) Befüllung der Einrichtung (b) mit wenigstens einer Probe, welche über Einrichtung (a) aus dem Syntheseprozeß entnommen wurde, wobei der Zeitpunkt der Befüllung durch Einrichtung (e) festgelegt wird; (ß) Aufbereitung der wenigstens einen Probe;(α) Filling device (b) with at least one sample which was taken from the synthesis process via device (a), the time of filling being determined by device (e); (ß) preparation of the at least one sample;
(γ) Bestimmung eines zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den(γ) Determination of a concentration of at least one substance which the
Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameters in der Probe mittels Einrichtung (c), wobei der Zeitpunkt derProcess of the synthesis process is influenced and / or indicates the related parameters in the sample by means of device (c), the time of
Bestimmung durch Einrichtung (e) festgelegt wird;Determination is determined by institution (s);
(δ) Auswertung der infolge der Bestimmung im Schritt (γ) übermittelten Ergebnisse mittels Einrichtung (d); (ε) Übertragung der im Schritt (δ) ausgewerteten Ergebnisse mittels Einrichtung (d) auf eine zur Steuerung einer Syntheseanlage geeignete Vorrichtung.(δ) evaluation of the results transmitted as a result of the determination in step (γ) by means of device (d); (ε) transfer of the results evaluated in step (δ) by means of device (d) to a device suitable for controlling a synthesis plant.
Die Menge der Probe, welche im Schritt (α) mit Hilfe der Einrichtung (a) aus der Syntheseanlage entnommen wird, ist in breiten Grenzen variabel und ist an die Dimensionierung der einzelnen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zughörigen Geräte angepaßt. In der Regel werden 0,5 bis 5 ml aus dem Produktstrom entnommen.The amount of the sample which is removed from the synthesis plant in step (α) with the aid of the device (a) is variable within wide limits and is adapted to the dimensions of the individual devices belonging to the device according to the invention. As a rule, 0.5 to 5 ml are removed from the product stream.
Gegebenenfalls wird die entnommene Probe anschließend im Schritt (ß) aufbereitet.If necessary, the sample taken is then processed in step (β).
Die Aufbereitung der entnommenen Probe kann über alle dem Fachmann bekannten Methoden, welche zur Aufbereitung einer Probe in Hinblick auf die Bestimmung eines zur Konzentration von wenigstens einer den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflussenden Substanz im Verhältnis stehenden Parameters dienen, erfolgen. Beispielsweise können der Probe Lösungsmittel, verschiedene Fällungsreagenzien oder Farbreagenzien über die wenigstens eine ZulaufVorrichtung zugeführt werden, Bestandteile abgetrennt werden oder chemische Reaktionen, wie z.B. Veresterung, oder pH-Wert-Änderungen durchgeführt werden.The sample taken can be processed by all methods known to the person skilled in the art, which are used to prepare a sample with a view to determining a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences the course of the synthesis process. For example, solvents, various precipitation reagents or color reagents can be supplied to the sample via the at least one feed device, components can be separated or chemical reactions, e.g. Esterification, or pH changes are carried out.
Im Rahmen der Erfindung werden der Probe u.a. Reagenzien zugesetzt, welche mit der zu bestimmenden Substanz einen Komplex oder eine Verbindung bilden, welche mit Hilfe optischer Methoden detektiert werden kann. Wasserstoffperoxid läßt sich beispielsweise auch über die in der DE-A 10105528.5 beschriebenen Methoden, wie die sogenannte „Enzymatische Methode mit Peroxidase" oder die „Cobalt-Hydrogencarbonat-Methode" bestimmen.In the context of the invention, reagents are added to the sample, which form a complex or a compound with the substance to be determined, which can be detected using optical methods. Hydrogen peroxide can also be determined, for example, using the methods described in DE-A 10105528.5, such as the so-called "enzymatic method with peroxidase" or the "cobalt bicarbonate method".
Vorzugsweise wird bei der Bestimmung der Konzentration an Wasserstoffperoxid in einer Probe Titanylsulfatlösung zugesetzt, welche mit dem zu bestimmenden Wasserstoffperoxid einen mit Hilfe der UV/VIS-Spektroskopie detektierbaren Titanylperoxo-Komplex bildet.When determining the concentration of hydrogen peroxide in a sample, titanyl sulfate solution is preferably added, which, together with the hydrogen peroxide to be determined, forms a titanyl peroxo complex which can be detected with the aid of UV / VIS spectroscopy.
Als weitere Beispiele sind zu nennen:Other examples are:
Acetylaceton und Ammoniumacetat für Bestimmung von Formaldehyd; Eisen III-Chlorid zur Bestimmung von OH-Gruppen-haltigen Verbindungen; 2,6-Dichlor-p-benzochinon-4-chlorimin zur Bestimmung von Phenolen; sowie ein Gemisch bestehend aus Natriumacetat, Jod-Lösung, Sulfanilsäure, Natriumthiosulfat sowie 1-Naphtylamin zur selektiven Bestimmung von Hydroxylaminen.Acetylacetone and ammonium acetate for the determination of formaldehyde; Iron III chloride for the determination of OH group-containing compounds; 2,6-dichloro-p-benzoquinone-4-chlorimine for the determination of phenols; and a mixture consisting of sodium acetate, iodine solution, sulfanilic acid, sodium thiosulfate and 1-naphthylamine for the selective determination of hydroxylamines.
Grundsätzlich sind auch alle gängigen alkalischen und sauren Reagenzien verwendbar, sofern diese in der Lage sind, Absorptionsbanden mindestens einer Komponente der Proben, wie z.B. der Substanz oder auch eventuell störenden Komponenten, zu verschieben.In principle, all common alkaline and acidic reagents can also be used, provided they are able to absorb bands of at least one component of the sample, e.g. the substance or possibly interfering components.
Im Anschluß wird in Schritt (γ) ein zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehender Parameter in der entnommenen Probe, dem Reaktionsgemisch, mittels Einrichtung (c) bestimmt.Subsequently, in step (γ) a parameter related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process in the sample taken, the reaction mixture, is determined by means (c).
Wird die Bestimmung mittels eines Spektrometers durchgeführt, so ist der zur Konzentration im Verhältnis stehende Parameter häufig die sich aus den Intensitäten einer Referenzprobe und der Intensität der Probe errechnende Extinktion der zu untersuchenden Probe.If the determination is carried out by means of a spectrometer, the parameter related to the concentration is often the extinction of the sample to be examined, which is calculated from the intensities of a reference sample and the intensity of the sample.
Demgemäß ist es, um die Extinktion der Probe bestimmen zu können, notwendig vor oder nach der eigentlichen Messung der Probe die Intensität einer sogenannten Referenzprobe zu bestimmen. Die Referenzprobe besteht bevorzugt aus dem Lösungsmittel, welches auch Bestandteil des Reaktionsgemisches bzw. der zu untersuchenden Probe ist. Der so gewonnene Referenzwert stellt den Io-Wert dar. Mit diesem Wert wird der eigentliche Meßwert der Intensität der Probe (I-Wert) ins Verhältnis gesetzt und über das Lambert- Beersche-Gesetz somit die eigentliche Extinktion und darüber wiederum die Konzentration der in Rede stehenden Substanz in der jeweiligen Probe ermittelt.Accordingly, in order to be able to determine the absorbance of the sample, it is necessary to determine the intensity of a so-called reference sample before or after the actual measurement of the sample. The reference sample preferably consists of the solvent, which is also part of the reaction mixture or the sample to be examined. The reference value obtained in this way represents the Io value. This value becomes the actual one The measured value of the intensity of the sample (I value) is related and the actual extinction and, in turn, the concentration of the substance in question in the respective sample are determined using the Lambert-Beersche law.
Zur Bestimmung des Referenzwertes wird im Rahmen der Erfindung noch vor Schritt (α) das Gefäß, welches Bestandteil von Einrichtung (b) ist, über die wenigstens eine ZulaufVorrichtung (ebenfalls Bestandteil von Einrichtung (b)) mit dem jeweiligen Lösungsmittel befüllt und die Intensität dieser Referenzprobe mittels Einrichtung (c) bestimmt und diese von Einrichtung (d) erfasst. Im Anschluß wird die Referenzprobe über die wenigstens eine Ablaufvorrichtung abgezogen und Schritt (α) schließt sich an.To determine the reference value, the vessel, which is part of device (b), is filled with the respective solvent via the at least one inlet device (likewise part of device (b)) and the intensity of the latter before step (α) Determined reference sample by means of device (c) and recorded by device (d). The reference sample is then withdrawn via the at least one drain device and step (α) follows.
Auch der Ablauf der Messung der Referenzprobe wird vorzugsweise durch den Prozeß- Titrator getriggert.The process of measuring the reference sample is also preferably triggered by the process titrator.
Die Ergebnisse der einzelnen Messungen werden sodann in Schritt (δ) mittels Einrichtung (d) ausgewertet, d.h. es wird die Konzentration der den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz bestimmt. Dieser Wert kann von Einrichtung (d) gespeichert, sowie in Signale umgewandelt werden, welche zur Steuerung einer Syntheseanlage geeignet sind.The results of the individual measurements are then evaluated in step (δ) by means of device (d), i.e. the concentration of the substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process is determined. This value can be stored by device (d) and converted into signals which are suitable for controlling a synthesis plant.
In dem sich anschließenden Schritt (ε) werden die im Schritt (δ) ausgewerteten Ergebnisse auf eine zur Steuerung einer Syntheseanlage geeignete Vorrichtung übertragen.In the subsequent step (ε), the results evaluated in step (δ) are transferred to a device suitable for controlling a synthesis plant.
Die Übertragung kann mit allen dem Fachmann bekannten Mitteln erfolgen. Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Übertragung bevorzugt mittels eines, durch einen Digital- /Analog- Wandler aus dem jeweiligen Konzentrationswert umgewandelten Stromsignals auf das Prozeßleitsystem der jeweiligen Syntheseanlage.The transmission can be carried out by any means known to the person skilled in the art. In the context of the invention, the transmission is preferably carried out by means of a current signal converted from the respective concentration value by a digital / analog converter to the process control system of the respective synthesis plant.
Der zeitliche Ablauf der einzelnen Schritte sowie ihre zeitliche Abfolge untereinander wird mittels der Einrichtung (e) festgelegt und gesteuert.The chronological sequence of the individual steps as well as their chronological sequence among themselves is determined and controlled by means of the device (e).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Vorrichtung, geeignet zur Steuerung Regelung einer Syntheseanlage" ganz allgemein ein sogenanntes Prozeßleitsystem, welches Bestandteil einer Syntheseanlage sein kann, aber auch extern davon betrieben werden kann, verstanden. Dieses ist mit geeigneten Steuer- /Regelprogrammen, beispielsweise mathematischen Simulationsprogrammen, ausgestattet, welche eine Prozeßsteuerung -regelung über die Steuerung/Regelung von den Syntheseprozeß beeinflussenden Parametern (z.B. pH-Wert, Temperatur, Eduktkonzentration) erlauben. Diese Programme gleichen beispielsweise die dem Prozeßleitsystem zugeführten Signale mit den Signalen ab, welche für den optimalen Syntheseablauf zu Grunde liegen und veranlassen gegebenenfalls eine Nachregulierung, beispielsweise die Erhöhung der Reaktionstemperatur.In the context of the present invention, a "device suitable for controlling, regulating a synthesis plant" is generally understood to mean a so-called process control system, which can be part of a synthesis plant, but can also be operated externally. This is with suitable control programs for example mathematical simulation programs, which allow process control-regulation via the control / regulation of parameters influencing the synthesis process (for example pH-value, temperature, educt concentration). These programs compare, for example, the signals supplied to the process control system with the signals which are the basis for the optimal synthesis process and, if necessary, cause readjustment, for example increasing the reaction temperature.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit der so in der jeweiligen Probe ermittelte Konzentrationswert mit Hilfe eines Digital-/ Analog- Wandlers als Stromsignal auf das Prozeßleitsystem übertragen. Dieses übernimmt, gesteuert durch entsprechende Programme, die Anpassung der Synthesebedingungen.In the context of the present invention, the concentration value thus determined in the respective sample is thus transmitted to the process control system as a current signal with the aid of a digital / analog converter. Controlled by appropriate programs, this adapts the synthesis conditions.
Darüber hinaus umfaßt die vorliegende Erfindung ein sogenanntes Expertensystem.In addition, the present invention comprises a so-called expert system.
Unter einem Expertensystem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Programm verstanden, welches mittels künstlicher Intelligenz und dem Zugriff auf eine sehr umfangreiche Datenbank Entscheidungen trifft.In the context of the present invention, an expert system is understood to be a program which makes decisions by means of artificial intelligence and access to a very extensive database.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Programm, beispielsweise ein Computerprogramm, mit Programmcodemitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, einen Datenträger mit diesem Programm und ein derartiges Programm, welches mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden kann, um so eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen.Accordingly, the present invention relates to a program, for example a computer program, with program code means for carrying out the method according to the invention, a data carrier with this program and such a program, which can be carried out with the aid of the device according to the invention, so as to enable the method according to the invention to be carried out.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung von Syntheseprozessen, wobei die den Syntheseprozeß beeinflussenden und/oder anzeigende Substanz ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus: Verbindungen mit mindestens einer C=O-Bindung, beispielsweise Aldehyde; Metalle; Wasserstoffperoxid; Peroxide; Amine; Hydroxylamine; phenolhaltige Verbindungen; Alkohole.Furthermore, the present invention relates to the use of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for controlling synthesis processes, the substance influencing and / or indicating the synthesis process being selected from a group consisting of: compounds having at least one C = O bond, for example aldehydes ; metals; hydrogen peroxide; peroxides; amines; hydroxylamines; phenolic compounds; Alcohols.
Bevorzugt wird die vorliegende Erfindung jedoch im Rahmen eines Verfahrens zur Online-Bestimmung von Wasserstoffperoxid, wie in der DE-A 10105528.5 beschrieben, eingesetzt. Besonders bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung wenigstens einer Propylenoxid-Syntheseanlage.However, the present invention is preferably used in the context of a method for online determination of hydrogen peroxide, as described in DE-A 10105528.5. The present invention particularly preferably relates to the use of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention for controlling at least one propylene oxide synthesis plant.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von Beispielen näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail by means of examples.
Beispiel 1example 1
Der Gesamtaufbau für die UV VIS-spektroskopische Online-Konzentrationsbestimmung besteht aus:The overall setup for UV VIS spectroscopic online concentration determination consists of:
1. einem Dosier- und Steuerungssystem (z.B. Prozeß-Titrator der „ADI"-Serie von der Fa. Metrohm) für die automatische Probenahme und Durchführung der1. a dosing and control system (e.g. process titrator of the "ADI" series from Metrohm) for the automatic sampling and execution of the
Farbreaktion,Color reaction,
2. einer in das Reaktionsgefäß eintauchenden faseroptischen Transmissionssonde, welche über Quarzlichtleitfasern mit2. a fiber-optic transmission probe immersed in the reaction vessel, which is connected via quartz optical fibers
3. einem UV/NIS-Spektrometer (vorzugsweise einem Diodenzeilenspektrometer) zur Spektrenaufhahme verbunden ist sowie3. a UV / NIS spectrometer (preferably a diode line spectrometer) is connected for recording spectra and
4. einem Computer (PC) für die Spektrenauswertung und H2O2- Konzentrationsberechnung.4. a computer (PC) for spectra evaluation and H2O2 concentration calculation.
5. Die so im Produktstrom ermittelten H2θ2-Konzentrationen können anschließend mit Hilfe eines Digital-/Analog-Wandlers als 4-20 mA-Stromsignal auf ein Prozeßleitsystem zur Steuerung der Anlage gegeben werden.5. The H2θ2 concentrations thus determined in the product stream can then be applied to a process control system for controlling the system using a digital / analog converter as a 4-20 mA current signal.
Der schematische Aufbau ist in Figur 1 gezeigt.The schematic structure is shown in FIG. 1.
Die Triggerung des UN/VIS-Spektrometers erfolgt vorzugsweise durch den Prozeßtitrator. In jedes der in den Prozeßtitratoren befindlichen Reaktionsgefaße taucht dann eine Transmissionssonde ein. Sind diese Transmissionssonden über Lichtleiter (vorzugsweise aus Quarz) mit einem optischen Mehrkanal-Multiplexer verbunden, so genügt in der Regel ein Spektrometer für die (fast) gleichzeitige Aufnahme der Absorptionsspektren an den verschiedenen Meßstellen. Beispiel 2The UN / VIS spectrometer is preferably triggered by the process titrator. A transmission probe is then immersed in each of the reaction vessels in the process titrators. If these transmission probes are connected to an optical multi-channel multiplexer via optical fibers (preferably made of quartz), a spectrometer is usually sufficient for the (almost) simultaneous recording of the absorption spectra at the various measuring points. Example 2
Zur Online-Bestimmung der Konzentration der Substanz im Austrag eines Reaktors wurde eine Anlage aufgebaut wie im Beispiel 1 (Figur 1) beschrieben, die folgende Komponenten aufwies:For the online determination of the concentration of the substance in the discharge from a reactor, a system was constructed as described in Example 1 (FIG. 1), which had the following components:
Dosiersystem (ADI 2015 der Fa. Metrohm) mit Steuereinheit und Meßzelle, UV/NIS-Diodenzeilenspektrometer (MCS 521 der Fa. Zeiss), Computer (Spektrometeransteuerung, Auswertung, Datentransfer an das Prozeßleitsystem (PLS)),Dosing system (ADI 2015 from Metrohm) with control unit and measuring cell, UV / NIS diode line spectrometer (MCS 521 from Zeiss), computer (spectrometer control, evaluation, data transfer to the process control system (PLS)),
Optische Tauchsonde (Fa. Hellma)Optical immersion probe (Hellma)
Die eigentliche Messung erfolgte nach der nachfolgend beschriebenen Sequenz:The actual measurement was carried out according to the sequence described below:
1. Entleeren der Meßzelle (Reaktionsgefäß), 2. Befüllung der Meßzelle mit Lösungsmittel (z.B. Wasser) („Referenzprobe"),1. emptying the measuring cell (reaction vessel), 2. filling the measuring cell with solvent (e.g. water) ("reference sample"),
3. Triggersignal an UV/VIS-Prozeßspektrometer zur Aufnahme des3. Trigger signal to UV / VIS process spectrometer to record the
4. Referenzspektrums mittels Transmissionssonde,4. reference spectrum by means of a transmission probe,
5. Meßzelle durch Absaugen entleeren,5. Empty the measuring cell by suction,
6. Probe (typischerweise 0,5 - 5 ml je nach H2θ2-Konzentration) transferieren (Ansaugen der Probe über eine Kapillarleitung aus der Probenahmestelle und dosieren in die Meßzelle),6. Transfer the sample (typically 0.5 - 5 ml depending on the H2θ2 concentration) (aspirate the sample via a capillary line from the sampling point and dose into the measuring cell),
7. Reagenz (typischerweise 0,5 - 5 ml), welches mit der zu bestimmenden Substanz einen Komplex oder eine Verbindung bildet, welche mit Hilfe optischer Methoden detektiert werden kann, wird in die Meßzelle dosiert, 8. Pause (wenige Sekunden bei Raumtemperatur) zur Ausbildung des zu detektierenden Komplexes oder der Verbindung,7. Reagent (typically 0.5 - 5 ml), which forms a complex or a compound with the substance to be determined, which can be detected with the aid of optical methods, is metered into the measuring cell, 8. Pause (a few seconds at room temperature) to form the complex or the compound to be detected,
9. mit Lösungsmittel (z.B. Wasser) auf bestimmtes Volumen (typischerweise 25 — 500 ml) auffüllen,9. fill up with solvent (e.g. water) to a certain volume (typically 25 - 500 ml),
10. Pause, 11. Triggersignal an Spektrometer zur Aufnahme des UV VIS-Absorptionsspektrums der Probe, 12. Auswertungsprogramm am Computer berechnet aus den Intensitäten der10th pause, 11th trigger signal on spectrometer for recording the UV VIS absorption spectrum of the sample, 12th evaluation program on the computer calculated from the intensities of the
Referenzprobe sowie der eigentlichen Probe die Extinktion und damit dieReference sample and the actual sample the extinction and thus the
Konzentration der jeweilig zu bestimmenden Substanz, 13. Übertragung der Konzentration vom Computer auf das Prozeßleitsystem derConcentration of the substance to be determined, 13. Transfer of the concentration from the computer to the process control system of the
Syntheseanlage, 14. Entleeren der Meßzelle,Synthesis plant, 14. emptying the measuring cell,
15. Spülen der Meßzelle mit Lösungsmittel.15. Rinse the measuring cell with solvent.
Nach definierter Wartezeit beginnt die Sequenz erneut bei Punkt 1. After a defined waiting time, the sequence starts again at point 1.
Bezugsziffcrn Fig. 1Reference number Fig. 1
1 = Leitung zur Probeentnahme1 = line for sampling
2 = Probeentnahmeventile2 = sampling valves
3 = Meßzelle3 = measuring cell
4 =- Transmissionssonde4 = - transmission probe
5 = Lichtleiter5 = light guide
6 = Triggersignal6 = trigger signal
7 = Spektrometer7 = spectrometer
8 = Lichtquelle8 = light source
9 ^ Signal proportional zur jeweiligen bestimmten Konzentration von Computer- bzw. Datenverarbeitungssystem an Prozeßleitsystem9 ^ Signal proportional to the respective specific concentration of computer or data processing system on process control system
10 = Steuerbefehle von Prozeßleitsystem an Prozeß10 = control commands from process control system to process
11 = Syntheseanlage11 = synthesis plant
12 = Prozeß-Titrator12 = process titrator
13 = Ablauf13 = process
14 = Lösungsmittel14 = solvent
15 = Reagenzien, welche mit der zu bestimmenden Substanz einen Komplex oder eine Verbindung bilden 15 = reagents which form a complex or a compound with the substance to be determined

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen über eine Online- Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz in einem1. Device for controlling chemical synthesis processes via an online concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in one
Reaktionsgemisch, wobei die Vorrichtung wenigstens folgende Komponenten aufweist:Reaction mixture, the device having at least the following components:
(a) wenigstens eine Einrichtung, welche zur Entnahme wenigstens einer Probe aus einem Reaktionsgemisch geeignet ist;(a) at least one device which is suitable for taking at least one sample from a reaction mixture;
(b) wenigstens eine Einrichtung, welche zur Aufnahme sowie gegebenenfalls zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe geeignet ist;(b) at least one device which is suitable for receiving and optionally for processing the at least one sample;
(c) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, in der wenigstens einen(c) at least one device which is suitable in the at least one
Probe einen zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameter zu bestimmen;Sample to determine a parameter which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process;
(d) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, die Ergebnisse der(d) at least one facility that is capable of reporting the results of the
Bestimmung des wenigstens einen Parameters gemäß (c) auszuwerten, gegebenenfalls zu speichern, sowie in Signale umzuwandeln, welche zur Steuerung einer Synthesenanlage geeignet sind;Determining the at least one parameter in accordance with (c), if necessary storing it, and converting it into signals which are suitable for controlling a synthesis system;
(e) wenigstens eine Einrichtung, welche geeignet ist, einen Ablauf einer(e) at least one device which is suitable for carrying out a sequence of
Online-Konzentrationsbestimmung über wenigstens die Einrichtungen (a) bis (d) zu koordinieren.Coordinate online concentration determination via at least facilities (a) to (d).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (a) wenigstens ein Probenfördersystem aufweist, welches für die automatisierte2. Device according to claim 1, characterized in that device (a) has at least one sample conveyor system, which for the automated
Probenentnahme und Probenaufarbeitung geeignet ist.Sampling and sample preparation is suitable.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (b) wenigstens ein Gefäß aufweist, welches sowohl zur Aufnahme und zur Aufbereitung der wenigstens einen Probe als auch zur Bestimmung eines zur Konzentration von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz in der wenigstens einen Probe im Verhältnis stehenden Parameters geeignet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that device (b) has at least one vessel which both for receiving and for processing the at least one sample and for determining a concentration of at least one, influencing the course of a synthesis process and /or indicating substance is suitable in the at least one sample related parameter.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gefäß eine Durchflußküvette aufweist.4. The device according to claim 3, characterized in that the at least one vessel has a flow cell.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (c) wenigstens eine Sonde sowie wenigstens ein Spektrometer, welches mit der wenigstens einen Sonde über geeignete Verbindungselemente verbunden ist, aufweist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that device (c) has at least one probe and at least one spectrometer which is connected to the at least one probe via suitable connecting elements.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sonde über Lichtleiter, bevorzugt bestehend aus Quarz, mit dem wenigstens einen Spektrometer in Verbindung steht.6. The device according to claim 5, characterized in that the at least one probe via light guide, preferably consisting of quartz, is connected to the at least one spectrometer.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sonde mit der zu bestimmenden Probe in Verbindung steht und dazu geeignet ist, den Parameter zu bestimmen.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the at least one probe is connected to the sample to be determined and is suitable for determining the parameter.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sonde eine faseroptische Transmissionssonde aufweist.8. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the at least one probe has a fiber optic transmission probe.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sonde der Einrichtung (c) und das wenigstens eine Gefäß der Einrichtung (b) einen festen Verbund bilden.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one probe of the device (c) and the at least one vessel of the device (b) form a firm bond.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (d) wenigstens eine Datenverarbeitungsanlage aufweist.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that device (d) has at least one data processing system.
11. Verfahren zur Steuerung von chemischen Syntheseprozessen unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Online- Konzentrationsbestimmung von wenigstens einer, den Ablauf eines Syntheseprozesses beeinflussenden und/oder anzeigenden Substanz im Reaktionsgemisch, wenigstens folgende Schritte umfaßt: (α) Befüllung der Einrichtung (b) mit wenigstens einer Probe, welche über Einrichtung (a) aus dem Syntheseprozeß entnommen wurde, wobei der Zeitpunkt der Befüllung durch Einrichtung (e) festgelegt wird;11. A method for controlling chemical synthesis processes using a device according to one of claims 1 to 10, wherein the online concentration determination of at least one substance which influences and / or indicates the course of a synthesis process in the reaction mixture comprises at least the following steps: (α) Filling device (b) with at least one sample which was taken from the synthesis process via device (a), the time of filling being determined by device (e);
(ß) Aufbereitung der wenigstens einen Probe;(ß) preparation of the at least one sample;
(γ) Bestimmung eines zur Konzentration von wenigstens einer Substanz, welche den Ablauf des Syntheseprozesses beeinflußt und/oder anzeigt, im Verhältnis stehenden Parameters in der Probe mittels Einrichtung (c), wobei der Zeitpunkt der Bestimmung durch Einrichtung (e) festgelegt wird;(γ) determining a parameter in the sample which is related to the concentration of at least one substance which influences and / or indicates the course of the synthesis process, the device (c) determining the point in time of the determination;
(δ) Auswertung der infolge der Bestimmung im Schritt (γ) übermittelten(δ) evaluation of the data transmitted as a result of the determination in step (γ)
Ergebnisse mittels Einrichtung (d);Results by means of facility (d);
(ε) Übertragung der im Schritt (δ) ausgewerteten Ergebnisse mittels(ε) transfer of the results evaluated in step (δ) by means of
Einrichtung (d) auf eine zur Steuerung einer Syntheseanlage geeignete Vorrichtung.Device (d) on a device suitable for controlling a synthesis plant.
12. Expertensystem umfassend ein Programm mit Trogrammcode-Mitteln zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 11.12. Expert system comprising a program with trogram code means for performing the method according to claim 11.
13. Datenträger mit Programm nach Anspruch 12.13. Data carrier with program according to claim 12.
14. Programm gemäß Anspruch 13 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 11 mit Hilfe der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.14. Program according to claim 13 for performing a method according to claim 11 with the aid of the device according to one of claims 1 to 10.
15. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 zur Steuerung von Syntheseprozessen, welche eine Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Verbindungen mit mindestens einer C=O-Bindung; Metalle;15. Use of the device according to one of claims 1 to 10 for performing the method according to claim 11 for controlling synthesis processes, which a compound selected from a group consisting of: compounds having at least one C = O bond; metals;
Wasserstoffperoxid; Peroxide; Hydroxylamine; Amine; phenolhaltige Verbindungen; sowie Alkohole als die den Syntheseprozeß beeinflussende und/oder anzeigende Substanz aufweisen.hydrogen peroxide; peroxides; hydroxylamines; amines; phenolic compounds; and alcohols as the substance which influences and / or indicates the synthesis process.
16. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Steuerung wenigstens einer Propylenoxid-Syntheseanlage. 16. Use of the device according to one of claims 1 to 10 for controlling at least one propylene oxide synthesis plant.
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