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Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung und Regelung
der Reinheit von zuckerhaltigen Lösungen Die Erfindung betrifft die Bestimmung,
die Registrierung und die Regelung der Reinheit von zuckerhaltigen Lösungen, und
zwar insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fortlaufenden Messung und
Registrierung des Reinheitsgrades einer derartigen Lösung sowie eine Anlage zur
fortlaufenden Regelung dieser Reinheit gemäß den von dem Meßgerät gelieferten Angaben.
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Das Brix-Gewicht einer zuckerhaltigen Lösung ist das Gewicht in Gramm
der in 100 g dieser Lösung enthaltenen Trockensubstanz. Die Reinheit der Lösung
wird als der auf die Trockensubstanz der Lösung bezogene Prozentgehalt an Saccharose
definiert, was folgendermaßen geschrieben werden kann, wenn S das Saccharosegewicht
und B das Brix-Gewicht ist:
Die Tätigkeit der Zuckerfabriken und Raffinerien besteht darin, ein unreines zuckerhaltiges
Produkt, wie Zuckerrüben, Zuckerrohr, unraffinierter Zucker, in ein reines Produkt
(P =100) umzuwandeln, welches die Saccharose ist, wobei die Verunreinigungen in
einer möglichst unreinen zuckerhaltigen Lösung abgeführt werden, welche die Melasse
bildet.
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Da die Reinheit sich von einem Produkt zum anderen und bei dem gleichen
Produkt zeitlich ändert, muß in einer Fabrik eine große Zahl von Reinheitsanalysen
täglich vorgenommen werden.
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Es sind zahlreiche Methoden zur Bestimmung der Reinheit bekannt. Man
kann z. B. den Saccharosegehalt des Saftes durch eine chemische Methode bestimmen
oder noch besser durch eine polarimetrische allgemein benutzte Methode, bei welcher
Saccharimeter genannte Apparate verwendet werden. Der Gehalt an Trockensubstanz
kann auch durch mit Verdampfung bei konstantem Gewicht arbeitende Methoden, Dichtemessungen
oder Brechungsmessungen bestimmt werden, wobei diese letztere Methode die beste
ist.
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Alle diese bekannten Methoden erfordern zwei verschiedene Bestimmungen
und eine ziemlich lange Zeit für jede Bestimmung. Ferner haben statistische Bestimmungen
des absoluten Fehlers der Reinheit gezeigt, daß dieser größenordnungsmäßig ±0,3
betrug. Schließlich haben diese Methoden den großen Nachteil, daß sie diskontinuierlich
arbeiten und nicht gestatten, jederzeit den Verlauf der Reinheit während einer Fabrikation
zu verfolgen.
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Die Erfindung bezweckt die Angabe eines einfachen genauen Verfahrens
zur Bestimmung der Reinheit einer znckerhaltigen Lesung, welches die Nachteile der
bekannten Verfahren vermeidet.
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Die Erfindung bezweckt ferner die Herstellung eines Apparats zur fortlaufenden
Messung und Registrierung der Reinheit einer zuckerhaltigen Lösung.
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Schließlich bezweckt die Erfindung noch die Herstellung einer Anlage
zur fortlaufenden Bestimmung der Reinheit einer zuckerhaltigen Lösung und der fortlaufenden
Regelung dieser Reinheit entsprechend den durch diese Bestimmung gelieferten Ergebnissen.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zur fortlaufenden Bestimmung der Reinheit
einer zuckerhaltigen Lösung zum Gegenstand, welches insbesondere dadurch bemerkenswert
ist, daß eine Bezugstemperatur gewählt wird, daß der Wert des Brix-Gewichts der
Lösung bestimmt wird, für welchen der elektrische spezifische Widerstand dieser
Lösung praktisch am kleinsten ist, daß fortlaufend die Konzentration der Lösung
so eingestellt wird, daß ihr Brix-Gewicht praktisch auf diesem Wert gehalten wird,
daß die so eingestellte Lösung auf die Bezugstemperatur gebracht wird und daß fortlaufend
der spezifische Widerstand dieser eingestellten Lösung bei der Bezugstemperatur
gemessen
wird, wobei dieser spezifische Widerstand eine Funktion der Reinheit ist.
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Die Erfindung hat ferner ein Meß- und Registriergerät für die Ausübung
des obigen Verfahrens zum Gegenstand, welches insbesondere dadurch bemerkenswert
ist, daß es eine Vorrichtung enthält, welche fortlaufend die Konzentration der Lösung
so einstellt, daß diese den bestimmten Wert des Brix-Gewichts hat, sowie ferner
eine Vorrichtung, welche die so eingestellte Lösung ständig auf die Bezugstemperatur
bringt, eine Vorrichtung zur fortlaufenden Messung des spezifischen Widerstands
der Lösung bei dieser Bezugstemperatur und Einrichtungen zur fortlaufenden Registrierung
der Angaben der Meßvorrichtung.
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Die Erfindung hat schließlich eine Anlage zur fortlaufenden Regelung
der Reinheit einer zuckerhaltigen Lösung zum Gegenstand, welche insbesondere dadurch
bemerkenswert ist, daß sie ein Gerät zur Messung der Reinheit der obigen Art sowie
eine durch dieses Gerät gesteuerte Regelvorrichtung enthält, welche die Reinheit
der zu behandelnden Lösung ständig entsprechend den Angaben dieses Geräts und einem
vorbestimmten Reinheitswert regelt.
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Unter »zuckerhaltiger Lösung« ist nachstehend eine wässerige Lösung
aus Saccharose, löslichen mineralischen Verbindungen und löslichen organischen Verbindungen
verstanden, z. B. alle gereinigten Säfte, Sirupe und Nebenprodukte von Zuckerfabriken
und Raffinerien.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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F i g. 1 ist eine zum Teil schematische Ansicht des erfindungsgemäßen
Geräts zur Messung und Registrierung der Reinheit; F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform
einer Anordnung zur Regelung der Reinheit, welche zur Verbindung mit dem Gerät der
F i g. 1 bestimmt ist und einen Teil der erfindungsgemäßen Anlage zur fortlaufenden
Regelung bildet; F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung der Vorrichtung zur Regelung
der Konzentration des Meß- und Registriergeräts; F i g. 4 zeigt einen Teil einer
von dem erfindungsgemäßen Meß- und Registriergerät aufgezeichneten Kurve.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die zuckerhaltigen Lösungen
durch das Vorhandensein von dem nicht zuckerhaltigen Anteil angehörenden mineralischen
Stoffen elektrisch leitend gemacht werden, wobei die aktivsten Kationen K+, N2+
und Ca++ sind. Es treten zwei einander entgegenwirkende Erscheinungen auf: a) Die
Vergrößerung des Brix-Gewichts der Lösung vergrößert proportional die Ionenkonzentration,
was eine Abnahme des spezifischen Widerstands der Lösung zur Folge hat.
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b) Die Zunahme des Brix-Gewichts bewirkt eine proportionale Zunahme
der Saccharosekonzentration, was eine Erhöhung der Viskosität der Lösung zur Folge
hat, wodurch die Ionenbeweglichkeit verringert wird.
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Es ist bereits bekannt, daß der spezifische Widerstand einer zuckerhaltigen
Lösung bei 20° C für ein zwischen 25 und 30 liegendes Brix-Gewicht am kleinsten
ist, und daß die die Veränderung des spezifischen Widerstands in Funktion des Brix-Gewichts
darstellende Kurve den Verlauf einer Parabel mit nach oben gerichteter Konkavität
hat.
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Der Erfinder hat eine systematische Untersuchung des spezifischen
elektrischen Widerstands von zuckerhaltigen Lösungen unter Prüfung des Einflusses
folgender Parameter vorgenommen: Brix-Gewicht, Temperatur, Reinheit, organisches
Verhältnis (Gewicht in Gramm der in der zuckerhaltigen Lösung enthaltenen organischen
Stoffe je Gramm Asche) und Art der nicht zuckerhaltigen Bestandteile gemäß dem Herkommen
der Rohprodukte (z. B. Zuckerrüben). Die Gesamtheit der Ergebnisse dieser Untersuchung
hat zu dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Apparat und der erfindungsgemäßen
Anlage geführt, welche nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben
sind, und insbesondere die Tatsache, daß eine Beziehung zwischen der Reinheit und
dem spezifischen Widerstand einer zuckerhaltigen Lösung besteht, deren Brix-Gewicht
auf den Wert gebracht ist, welcher dem kleinsten spezifischen Widerstand bei der
gewählten Bezugstemperatur entspricht. Der Erfinder hat gefunden, daß diese Beziehung
in folgender Form geschrieben werden kann: log2=a.p4+b, worin g der in Q/cm ausgedrückte
spezifische Widerstand, p die Reinheit in 1/o und a und
b Konstanten sind.
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In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur
Messung und Registrierung der Reinheit eines zuckerhaltigen Saftes dargestellt.
Der zu analysierende zuckerhaltige Saft strömt in einer Leitung 1. Diese Leitung
kann auch durch einen Behälter zur Herstellung einer Flüssigkeit bestimmter Reinheit
ersetzt werden, wie dies weiter unten unter Bezugnahme auf F i g. 2 erläutert ist.
Dieser Saft wird gewöhnlich durch eine zuckerhaltige Lösung gebildet, welche von
einer der Verdampfungsstellen einer Zuckerfabrik kommt, er kann jedoch auch durch
einen beliebigen zuckerhaltigen Saft beliebiger Reinheit und Konzentration gebildet
werden, welcher das Reinigungsstadium bereits hinter sich hat. Das in F i g. 1 dargestellte
Gerät ist besonders zur Analyse von Säften mit etwa konstantem Brix-Gewicht geeignet.
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Ein Teil des in der Leitung 1 strömenden Saftes wird in eine Leitung
2 abgezweigt, welche einen Hahn 3 zur Abtrennung des Geräts enthält. Eine andere
Leitung 4 geht von diesem Hahn 3 zu einer volumetrischen Pumpe 5 (z. B. eine
mit Verformung eines biegsamen Schlauchs arbeitende Pumpe), deren Antrieb mittels
einer beliebigen Antriebsvorrichtung 6 erfolgt, z. B. eines Getriebemotors, dessen
Welle 6a die Welle 5a der Pumpe über eine im ganzen mit 7 bezeichnete Übertragung
mit Treibriemen und Riemenscheibe antreibt. Der zuckerhaltige Saft wird von der
Pumpe in der Richtung des Pfeils f 1 angesaugt und in Richtung des Pfeils f 2 in
eine Leitung 8 gefördert, welche bis zum Boden eines Geräts zur Regelung der Konzentration
des Saftes reicht, welches hier durch einen zylindrischen Behälter 9 mit einem oberen
offenen Ende und einem konischen Boden dargestellt ist.
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Bis zu dem Boden des Behälters 9 gehen ferner durch das obere Ende
ein Rohr 10, welches in einen mit einer gewissen Zahl von Löchern versehenen ringförmigen
Abschnitt 11 ausläuft. Dieses Rohr
dient dazu, in den Behälter Druckluft
oder ein beliebiges neutrales Gas einzuführen, dessen Druck durch einen handbetätigten
Druckminderer 12 eingestellt wird, welcher einerseits mit dem Rohr 10 und andererseits
durch ein Rohr 13 mit einer nicht dargestellten Quelle für dieses Gas verbunden
ist. Dieses Gas hat die alleinige Aufgabe, ein Durchrühren der Flüssigkeiten innerhalb
des Behälters zu bewirken, wofür auch eine beliebige andere Rührvorrichtung (mit
Schraube od. dgl.) benutzt werden kann; sowie ein Rohr 14, welches mit der Förderseite
einer volumetrischen Pumpe 15 verbunden ist, welche wie die Pumpe 5 ausgebildet
ist und mit einer bestimmten Drehzahl entweder durch einen getrennten Motor oder
durch den gleichen Motor 6 wie die Pumpe 5 angetrieben werden kann, mit deren Welle
5 a sie durch eine Übertragung mit Riemenscheiben und Treibriemen 16 verbunden
ist, wobei das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Riemenscheiben so berechnet
ist, daß die gewünschten Drehzahlen der Wellen der Pumpen erhalten werden, welche
die entsprechende Fördermenge der beiden Flüssigkeiten gewährleisten. Die Saugseite
der Pumpe 15 ist über ein Rohr 17, einen Absperrhahn 18 und ein anderes Rohr 19
mit einer Leitung 20 verbunden, in welcher eine Flüssigkeit strömt, welche
mit dem zu analysierenden zuckerhaltigen Saft gemischt werden soll, um die Konzentration
desselben auf den geeigneten Wert zu bringen. Diese Flüssigkeit gelangt in den Behälter
9 in Richtung der Pfeile f 3, f 4. Sie kann destilliertes Wasser sein, welches z.
B. von den ersten Körpern der Verdampfungsstelle der Fabrik kommt, oder auch destilliertes
Wasser zur Speisung der Dampfkessel. Für das Arbeiten des Meßgeräts ist es sehr
wesentlich, daß dieses Wasser nicht salzhaltig ist, um nicht Kationen zuzuführen,
welche die Messung des spezifischen Widerstands des zu analysierenden Saftes stören
können (es muß einen spezifischen Widerstand von mindestens 10000 ( 2/cm2/cm
haben). Diese Flüssigkeit kann auch, insbesondere wenn das Brix-Gewicht der zu analysierenden
Lösung kleiner als das Bezugs-Brix-Gewicht ist, durch eine zuckerhaltige Lösung
mit bekanntem Brix-Gewicht und bekannter Reinheit gebildet werden. Das Umrühren
in dem Verdünnungsbehälter 9 erfolgt derart, daß die in dem oberen Teil des Behälters
befindlichen Schichten der Lösung die gewünschte Konzentration haben.
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Der Regelbehälter 9 wird durch einen am Boden des konischen Teils
angeordneten Entleerungshahn 21 und ein in der Nähe des oberen offenen Endes des
Behälters liegendes überlaufrohr 22 vervollständigt. Der Behälter ist vorzugsweise
mit einem Mantel 9a versehen, welcher einen Doppelmantel bildet, so daß die in dem
Behälter befindliche Lösung nach Bedarf mittels eines Umlaufs von kaltem oder warmem
Wasser in diesem Doppelmantel gekühlt oder erwärmt werden kann.
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Das freie Ende des überlaufrohrs 22 mündet über einem Auffangtrichter
23, welcher durch ein Rohr 24 verlängert wird, welches zu einer Rohrschlange 25
eines im ganzen mit T bezeichneten Ultrathermostaten führt. Dieser eine übliche
Bauart aufweisende Ultrathermostat gestattet, die Temperatur der seine Rohrschlange
durchfließenden Lösung auf ±0,05° C konstant zu halten. Er weist ein Gefäß 26 auf,
welches z. B. ein Volumen von etwa 251 hat und mit Wasser gefüllt ist, sowie einen
mit Flügeln versehenen Rührer 27, welcher von einem Elektromotor 28 mittels einer
Welle 29 angetrieben wird, einen elektrischen Heizwiderstand 30, welcher in das
Wasser des Gefäßes eintaucht und mit einem mit Thyratronen bestückten elektronischen
Relais 31 durch Leiter 32 und 33 verbunden ist, sowie ein Thermometer 34 mit elektrischen
Kontakten, welches in das Wasser des Gefäßes eintaucht und durch Leiter 35 und 36
mit dem Relais 31 verbunden ist. Das Thermometer steuert die Ein-und Ausschaltung
des Relais 31, welches mit Wechselstrom über zwei mit einer nicht dargestellten
Wechselstromquelle verbundene Leiter 37, 38 gespeist wird. Die Arbeitsweise des
Ultrathermostaten ist an sich bekannt.
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In dem Gefäß 26 und vollständig in die in diesem befindliche Flüssigkeit
eingetaucht ist ein mit Elektroden versehenes dichtes Gefäß 40 (z. B. aus Kupfer)
angeordnet, in welchem die aus der Rohrschlange 25 kommende zuckerhaltige Lösung
strömt. In dem mit Elektroden versehenen Gefäß 40 befindet sich eine übliche Zelle
zur Messung der Leitfähigkeit, von welcher nur die beiden Elektroden 41 und 42 dargestellt
sind. Von dem oberen Teil des Elektrodengefäßes 40 geht ein Abflußrohr
43 ab, welches die zuckerhaltige Lösung in einen Trichter 44 führt, welcher
durch ein Rohr 45 verlängert wird, welches die Lösung zu einem entsprechenden nicht
dargestellten Aufnahmegefäß zurückleitet.
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Die Elektroden 41 und 42 der Zelle zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit
sind durch Leiter 46 und 47 mit Klemmen 48 und 49 verbunden, an welche eine Meßbrücke
mit Selbstabgleichung nach Kohlrausch bekannter Bauart angeschlossen ist, deren
Arbeitsweise und Aufbau daher nur kurz beschrieben sind, und welche im ganzen mit
P bezeichnet ist. Die Brücke wird mit einphasigem Wechselstrom von 110 bis 220 V
über von einer nicht dargestellten Stromquelle kommende Leiter 50, 51, 52 gespeist.
Sie dient zur Messung des Ohmschen Widerstands an den Klemmen 48 und
49. Um die zu analysierende zuckerhaltige Lösung nicht zu elektrolysieren,
muß unbedingt in der Meßzelle ein Wechselstrom benutzt werden, wobei die am besten
geeignete Frequenz 50 Hz beträgt.
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Die dargestellte Brücke P enthält einen Isoliertransformator 53, einen
Spannungsteiler 54 mit kalibriertem Draht, welcher selbsttätig durch ein Drehspulgalvanometer
55 mit Wechselfeld mit einem den Schieber 56 des Spannungsteilers verschiebenden
Taster abgeglichen wird, zwei feste Widerstände 57 und 58, deren Werte gleich sind
und von dem Reinheitsmeßbereich des weiter unten beschriebenen Registriergeräts
abhängen (die Widerstände können z. B. gleich 200 S2 für einen Reinheitsbereich
von 90 bis 100, gleich 100 62 für 70 bis 90 und gleich 60 S2 für 55 bis 70 sein),
einen Spannungsteiler 59 für die Grobeichung, einen Spannungsteiler 60 für die Feineichung
(diese Spannungsteiler gestatten die Eichung des Geräts in Funktion einer Reinheitsanalyse,
welche durch eine beliebige bekannte Methode an der zuckerhaltigen Lösung vorgenommen
wird, welche bei 43 die Elektrode zu einem gegebenen Zeitpunkt verläßt), einen Nebenschluß
61 des Galvanometers 55, einen Sicherheitswiderstand 62 für das Galvanometer, einen
mit der Spule 63 verbundenen überbrückten Kondensator 64 und eine Reihe von elektrischen
Leitern, welche die verschiedenen obigen Teile in an sich bekannter und schematisch
in F i g. 1 dargestellter Weise miteinander verbinden.
Mit dem Schieber
56 des Spannungsteilers 54 ist durch eine beliebige geeignete mechanische Verbindung
65, welche in F i g. 1 durch eine gebrochene Linie dargestellt ist, eine im ganzen
mit E bezeichnete Registriervorrichtung verbunden, welche eine beliebige bekannte
Bauart aufweisen kann und z. B. durch eine übliche Registriervorrichtung mit Papierablauf
gebildet wird, in welcher ein mit einer Teilung versehener, durch Walzen angetriebener
Papierstreifen 66 mit konstanter Geschwindigkeit unter einer mit einer Tintenreserve
versehenen Registrierfeder 67 vorbeiläuft, welche durch die mechanische Verbindung
65 mit dem Schieber des Spannungsteilers der Brücke P verbunden ist. Die Registriervorrichtung
E kann eine feste Teilung 67 aufweisen, unter welcher der Streifen 66 vorbeiläuft.
Diese Teilung ist zweckmäßig mit Hilfe von Voranalysen der in derLeitung 1 strömenden
zu analysierenden zuckerhaltigen Lösung unmittelbar in Reinheit geteilt, was gestattet,
den Verlauf dieser Reinheit z. B. während der Fabrikation unmittelbar und ständig
zu verfolgen.
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In F i g. 4 ist eine Kurve 68 dargestellt, welche auf dem Streifen
66 während des Verlaufs einer Fabrikation erhalten wurde. Der Streifen 66 ist mit
einer waagerechten Teilung für die Reinheit der zuckerhaltigen Lösung und in senkrechter
Richtung mit einer Zeitteilung versehen, und man sieht deutlich die Reinheitsschwankungen
während einer Fabrikation, wobei diese Reinheit hier zwischen etwa 91,3 und 92,5
schwankt.
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Mit der mechanischen Verbindung 65 kann ein Übertragungsmechanismus
verbunden sein, z. B. ein Gestänge, welches hier schematisch in F i g. 1 und 2 durch
die gebrochene Linie 70 dargestellt ist. Dieser Mechanismus verbindet in der erfindungsgemäßen
Anlage das oben unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschriebene Meßgerät mit einer Anordnung
zur Regelung der Reinheit, welche nachstehend unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben
ist.
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Der Mechanismus 70 ist an seinem anderen Ende mit einem elektrischen
oder pneumatischen Regelgerät mit drei Wirkungen üblicher Bauart verbunden. In F
i g. 2 sind schematisch die wesentlichen Teile eines derartigen pneumatisch arbeitenden,
im ganzen mit R bezeichneten Geräts dargestellt. Dieses kann z. B. das von der Societe
M.E.C.I. in Paris hergestellte Gerät sein, jedoch kann auch ein anderes derartiges
pneumatisches oder elektrisches Gerät verwendet werden. Da das Gerät R an sich bekannt
ist, sind seine Arbeitsweise und seine Ausbildung nur ganz kurz beschrieben. Es
enthält ein Differential 71 mit drei Eingängen, nämlich einem Eingang 71a, welcher
mit dem Mechanismus 70 zur Verbindung mit dem Gerät zur Messung der Reinheit der
F i g. 1 verbunden ist, einen zweiten Eingang 71 b zur Einführung der Angabe einer
Bezugsreinheit in das Differential und einen dritten Eingang 71 c, welcher die Reaktion
einer pneumatischen Regelanordnung72 über ein Gestänge 72a empfängt. Das Differential
71 besitzt einen Ausgang 71 d, welcher mit einer um eine Achse 73 schwenkbaren
Klappe72 verbunden ist, welche durch die Wirkung des Differentials 21 vor einer
Düse 74 verstellt wird, aus welcher durch eine Leitung 75 zugeführte Druckluft austritt.
Von dem Körper der Düse 74 ist ein Rohr 76 abgezweigt, welches diesen mit einer
mit einem Balgen 77 versehenen Vorrichtung verbindet, welche einen Strömungsmengenverstärker
78 mit einem Ventil 78 a steuert, an welchem eine Druckluft von einer nicht dargestellten
Druckluftquelle zuführende Leitung 79 ankommt und von welchem die der Düse die Luft
zuführende Leitung 75 und eine Leitung 78 abgehen, welche zu der schematisch dargestellten
Regelanordnung 72 mit proportionaler, integrierender und ableitender Wirkung führt.
Von der Leitung 80 ist ein Rohr 81 abgezweigt, welches zu dem pneumatischen Stehrelais
eines pneumatischen Ventils mit Stellmotor 83 üblicher Bauart führt. Dieses Relais
wird mit Druckluft durch ein von einer entsprechenden, nicht dargestellten Druckluftquelle
kommendes Rohr 84 gespeist.
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Das Ventil 83 befindet sich an einem Rohr 85, welches von einem Gefäß
86 kommt, welchem durch eine Leitung 87 die reiche Flüssigkeit der Anlage zugeführt
wird, d. h. die zuckerhaltige Lösung, deren Reinheit am höchsten ist. An dem Rohr
85 ist ein Absperrhahn 85a angeordnet. Das andere Ende des Rohrs 85 mündet
in das Innere des Rückleitungsrohrs 80 eines Gefäßes 89 zur Herstellung der zuckerhaltigen
Lösung mit der Bezugsreinheit (d. h. welche die Reinheit hat, welche man schließlich
für die das Gefäß 89 verlassende Lösung zu erhalten wünscht). In das Rohr 88 mündet
noch das freie Ende eines Rohrs 90, welches von einem Gefäß 91 kommt, welches über
eine Leitung 92 die arme Flüssigkeit der Anlage empfängt (die zuckerhaltige Lösung,
deren Reinheit am kleinsten ist). Das Rohr 90 enthält ebenfalls einen Absperrhahn
90 a.
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Ein mit Flügeln versehener Rührer93, welcher von einer Achse 94 angetrieben
wird, welche mit einer beliebigen, nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden
ist, ist ebenfalls in dem Gefäß 89 unter dem unteren Ende des Rückführungsrohrs
88 angeordnet, welches innerhalb des Gefäßes auf beliebige geeignete Weise befestigt
ist, z. B. durch Streben 95.
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Die Kombination der Wirkung des Rührers 93 und des Vorhandenseins
des Rohrs 88 gewährleistet eine innige Mischung der von den Gefäßen 86 und 91 kommenden
Lösungen.
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Von dem Boden des Gefäßes 89 geht eine Leitung 96 aus, welche mit
einem normalerweise geschlossenen Entleerungshahn 97 versehen ist, sowie die mit
ihrem Hahn 3 versehene Leitung 2, welche zu dem Meßgerät der F i g. 1 über die Leitung
4 (F i g. 1) führt. In der Nähe des oberen Randes des Gefäßes 89 ist ein überlaufrohr
98 für die auf die Bezugsreinheit gebrachte zuckerhaltige Flüssigkeit angeordnet.
Diese Flüssigkeit fließt in ein Auffang- oder Reservegefäß 99, aus welchem sie bedarfsgemäß
den gekochten Sirup mittels einer mit einem Hahn 110 versehenen Leitung 1.00 zugeführt
wird, welche in die von dem Gefäß 89 kommende Leitung 96 mündet.
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In F i g. 3 ist eine Ausführungsabwandlung der Vorrichtung zur Speisung
des Gefäßes 9 der F i g. 1 dargestellt. Diese Ausführungsabwandlung wird benutzt,
wenn die zu analysierende zuckerhaltige Lösung zu großen Konzentrationsschwankungen
unterliegt. In dieser Figur sind die Teile, welche mit den in F i g. 1. dargestellten
identisch sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Vorrichtung enthält
ein Ventil 105 mit pneumatischem Stellmotor, welches an der Leitung 4 an
Stelle der Pumpe 5 angebracht ist, und die Leitung 8 geht unmittelbar von diesem
Ventil zu dem Regelgefäß 9. Die Leitung 20, welche die zur Mischung mit der zu analysierenden
Flüssigkeit in dem Gefäß 9 bestimmte Flüssigkeit
führt, ist mit
diesem über eine Leitung 106, einen Absperrhahn 107 und ein Rohr 108 verbunden,
welches einen handbetätigten Druckminderer 109 mit Zufuhrventil enthält. Das Rohr
108 endigt in der Nähe des Bodens des Gefäßes wie das Rohr 14 der F i g. 1. Das
Gefäß 9 enthält die gleiche Vorrichtung 10, 11, 12, 13 zum Umrühren durch Druckluft
wie die in Fig. 1 dargestellte. Bei dieser Ausführung wird die Zufuhr der Flüssigkeit
zur Einstellung der Konzentration durch den handbetätigten Druckminderer 109 mit
einer konstanten Strömungsmenge aufrechterhalten, und es wird nur die Zufuhr der
zu analysierenden zuckerhaltigen Lösung mittels des Ventils 105 beeinflußt, welches
durch eine pneumatische übliche weiter unten beschriebene Regelvorrichtung gesteuert
wird.
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Das Ventil 105 wird durch ein pneumatisches Stellrelais 110 gesteuert,
welches mit Druckluft durch ein Rohr 111 gespeist wird, an welchem ein handbetätigter
Druckminderer mit Einlaßventil 112 angeordnet ist. Zu dem Stellrelais
110 führt ferner ein Rohr 113,
welches von einem pneumatischen Dichteregler
üblicher Bauart 114 kommt, welcher mit Druckluft durch ein Rohr 115 gespeist wird,
an welchem ein handbetätigter Druckminderer 116 mit Einlaßventil angeordnet ist.
Der Druckluftkreis wird durch ein Zufuhrrohr 117 vervollständigt, an welches das
Rohr 111 angeschlossen ist, von welchem das Rohr 115 abgezweigt ist. Das Rohr 117
enthält einen handbetätigten Druckminderer 118 mit Luftperlung und mündet in eine
Anzeigevorrichtung 119 mit sichtbarer Druckluftströmung, welche auf etwa zwei Luftblasen
in der Sekunde eingestellt ist. Von der Anzeigevorrichtung 119 geht ein Rohr 120
aus, welches über eine gewisse Tiefe in die in dem Gefäß 9 enthaltene Flüssigkeit
eintaucht. An das Rohr 120 ist ein Rohr 121 angeschlossen, welches
zu dem pneumatischen Dichteregler 114 führt. Die Arbeitsweise dieser pneumatischen
Vorrichtung ist an sich bekannt. Der dem Austritt der Luftblasen aus dem Ende des
Rohrs 120 entgegengesetzte Widerstand hängt von der Dichte, d. h. von der Konzentration
der in dem Gefäß 9 enthaltenen Lösung ab, da die Entfernung zwischen dem Ende des
Rohrs und der Oberfläche der Lösung konstant ist. Die Schwankungen dieses Widerstands
haben Druckschwankungen in dem Rohr 120 zur Folge, welche durch das Rohr 121 auf
den Regler 114 zur Einwirkung gebracht werden (welcher eine proportionale Wirkung
und eine integrierende Wirkung ausübt). Der Regler schickt über das Rohr 113 einen
Impuls zu dem Relais 110, welcher eine Funktion der Konzentration der Lösung ist,
und das Relais verändert die Stellung des Ventils 105 derart, daß die Zufuhr
des Saftes aus der Leitung 1 so erfolgt, daß die Konzentration in dem Gefäß 9 praktisch
auf einem konstanten Wert gehalten wird.
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Es soll jetzt die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter
Bezugnahme auf das in F i g. 1 dargestellte Meß- und Registriergerät beschrieben
werden. Es wird zunächst eine Bezugstemperatur TR zur Vornahme der Messung gewählt.
Bekanntlich gibt es, wie bereits oben erwähnt, für jede Temperatur einen Wert des
Brix-Gewichts der zuckerhaltigen Lösung, für welchen der spezifische Widerstand
dieser Lösung am kleinsten ist. Ferner ist bekannt, daß die Kurve spezifischer Widerstand-Brix-Gewicht
die Form einer Parabel hat, welche in der Nähe dieses Minimums einen wenig veränderlichen
Abschnitt aufweist. Der Erfinder hat gefunden, daß dieser wenig veränderliche Abschnitt
um so ausgedehnter ist, je höher die Temperatur ist. So erstreckt sich z. B. bei
20° C der wenig veränderliche Abschnitt von 26 bis 30 Brix, bei 40° C von 26 bis
34 Brix, von 50° C von 26 bis 38 Brix usw. Diese Beobachtung ist sehr wichtig, da
sie zeigt, daß es zweckmäßig ist, hohe Temperaturen zur Vornahme der Messung des
spezifischen Widerstands zu benutzen, da dann ein geringer Fehler in der Konzentration
der zuckerhaltigen Lösung keine merkliche, für die Messung schädliche Veränderung
des spezifischen Widerstands hervorruft. Ferner haben die zuckerhaltigen Lösungen
im allgemeinen hinter der Verdampfungsstelle eine Temperatur von etwa 80° C, so
daß sie zur Vornahme der Messung nicht erheblich abgekühlt zu werden brauchen. Die
Messung wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 70 und 80° C vorgenommen, in
Wirklichkeit kann jedoch diese Temperatur zwischen 20° C und dem Siedepunkt der
Flüssigkeit liegen, deren spezifischer Widerstand bestimmt wird. Es ist äußerst
wichtig, die Messung bei einer genau konstanten Temperatur vorzunehmen, in der Praxis
bei TR±0,05° C, da sich der spezifische Widerstand mit der Temperatur erheblich
ändert, derart, daß eine Temperaturänderung von 1° C eine Änderung des spezifischen
Widerstands von 2% bewirkt.
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Nach Wahl der Temperatur TR stellt man den Ultrathermostaten auf diese
ein, liest auf vorher aufgestellten Kurven Brix-Gewicht- spezifischer Widerstand
den Wert des Brix-Gewichts ab, für welchen der spezifische Widerstand am kleinsten
ist; und regelt die Zufuhr des von der Leitung 1 kommenden zuckerhaltigen Saftes
und der von der Leitung 20 kommenden Flüssigkeit mittels der Pumpen 5 und 15 so,
daß in dem Verdünnungsbehälter 9 die Konzentration erhalten wird, welche dem oben
bestimmten Brix-Gewicht entspricht. Im allgemeinen ist die aus der Leitung 20 kommende
Flüssigkeit destilliertes Wasser, wie bereits oben erläutert, und die Konzentration
der zuckerhaltigen Lösung der Leitung 1 schwankt in engen Grenzen. Man bestimmt
durch eine beliebige analytische Methode das Brix-Gewicht dieser Lösung und stellt
die Förderleistung der Pumpen 5 und 15 so ein, daß man in dem Gefäß 9 eine Lösung
erhält, deren Brix-Gewicht praktisch gleich dem für die Bezugstemperatur TR bestimmten
Brix-Gewicht ist. Je höher diese Temperatur ist, um so ausgedehnter ist der wenig
veränderliche Abschnitt der Kurve und um so geringer ist ein Einfluß eines Fehlers
des Brix-Gewichts auf den Wert des erhaltenen spezifischenWiderstands. Dies gestattet,
ohne neue Einstellung der Förderleistung der Pumpen zuckerhaltige Lösungen zu analysieren,
deren Brix-Gewicht während des Versuchs um sechs bis acht Punkte schwankt (z. B.
von 72 bis 78). Wenn das Brix-Gewicht der zu analysierenden zuckerhaltigen Lösung
kleiner als das Bezugs-Brix-Gewicht ist, kann man das destillierte Wasser durch
eine zuckerhaltige Lösung mit bekanntem Brix-Gewicht und bekannter Reinheit ersetzen.
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Falls die zuckerhaltige Lösung eine starkveränderliche Konzentration
hat, muß die Vorrichtung der F i g. 3 benutzt werden, bei welcher nur die Zuflußmenge
der zu analysierenden zuckerhaltigen Lösung durch das Ventil 105 beeinflußt
wird, während die Zuflußmenge der anderen Füssigkeit konstant gehalten wird.
Während
des Arbeitens werden die zuckerhaltige Lösung und die Flüssigkeit zur Einstellung
der Konzentration fortlaufend an ihren Leitungen entnommen, und die Lösung wird
fortlaufend in dem Gefäß 9 auf das gewünschte Brix-Gewicht eingestellt (welches
ein? Funktion der Temperatur TR ist). Mittels des Doppelmantels des Gefäßes 9 wird
die Lösung durch einen Umlauf eines Strömungsmittels mit geeigneter Temperatur vorzugsweise
auf eine Temperatur gebracht, welche ganz wenig unter der Temperatur TR liegt. Die
Lösung mit eingestelltem Brix-Gewicht verläßt das Gefäß 9 durch das überlaufrohr
22 und gelangt anschließend in die Rohrschlange 25 des Ultrathermostaten T, welcher
sie auf die Temperatur TR ± 0,05 bringt. Sie verläßt die Rohrschlange und strömt
kontinuierlich durch das die mit Wechselstrom gespeisten Elektroden zur Messung
der elektrischen Leitfähigkeit enthaltende Gefäß. Hierauf verläßt sie das Meßgerät
durch das Rohr 45. Falls die zu analysierende Lösung einen sehr geringen spezifischen
Widerstand hat, z. B. bei Melasselösungen, stellt man trotz des Wechselstroms eine
gewisse Elektrolyseerscheinung fest, die Strömung der kontinuierlich erneuerten
Lösung zwischen den Elektroden hebt jedoch die Wirkungen dieser Erscheinung auf.
Die vorher durch Voranalysen der Lösung eingestellte Meßbrücke P mißt den spezifischen
Widerstand an den Klemmen der Zelle 40, und das Galvanometer 55 verstellt den Schieber
56, welcher seinerseits über die mechanische Verbindung 65 die Schreibfeder 67 auf
dem mit konstanter Geschwindigkeit angetriebenen Streifen 66 verstellt. Man erhält
so eine Kurve, welche die in F i g. 4 dargestellte Form hat. Das Registriergerät
E wird unmittelbar mit einer Teilung in Reinheitswerten der zu analysierenden Ursprungslösung
versehen, wodurch man eine ständige Ablesung dieser Reinheit an dem Gerät erhält.
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Es hat sich gezeigt, daß die Genauigkeit der Messung der Reinheit
um so größer ist, je größer die Reinheit ist.
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Die Brücke P muß periodisch mittels der Widerstände 59 und 60 geeicht
werden, und die Widerstände 57 und 58 werden zweckmäßig bei einem Übergang von einem
Reinheitsbereich zu einem anderen ersetzt. Es ist ferner zweckmäßig, eine neue Eichung
vorzunehmen, wenn die Art der nicht zuckerhaltigen Bestandteile verändert wird,
z. B. durch Zusatz von Natriumkarbonat.
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Zur Benutzung des Meßgeräts in der erfindungsgemäßen Anlage zur selbsttätigen
Regelung verbindet man durch den Mechanismus 70 die mechanische Verbindung 65 dieses
Geräts mit dern in F i g. 2 dargestellten drei Wirkungen ausübenden Regler R.
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Es sei angenommen, daß man kontinuierlich eine zuckerhaltige Lösung
mit einer bestimmten Reinheit PD unter Ausgang von zwei Lösungen erhalten will,
von denen die eine eine hohe Reinheit PR und die andere eine geringe Reinheit
PP hat und welche von den Gefäßen 86 (reiche Nebenprodukte) und eine, 91 (arme Nebenprodukte),
kommen, z. B. zur Speisung der Kochkessel für die minderwertigen Produkte mit konstanter
Reinheit. Diese beiden Lösungen werden kontinuierlich durch ihre Leitungen 85 bzw.
90 in das Gefäß 89 zur Herstellung der Flüssigkeit bestimmter Reinheit
geführt. Die armen Nebenprodukte werden mit konstanter Zuflußmenge zugeführt, während
die Zufuhr der reichen Nebenprodukte durch das Ventil 83 geregelt wird. Durch
das Rohr 12 und das Rohr 4 wird fortlaufend ein Teil der in dem Gefäß 89 erhaltenen
gemischten Lösung entnommen und in der oben beschriebenen Weise in das Meßgerät
der F i g. 1 geleitet.
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Das Gerät zeigt eine Reinheit an, welche zu einem gegebenen Zeitpunkt
z. B. den Wert PI hat, welcher kleiner als die gewünschte Reinheit PR ist. Der mit
drei Wirkungen arbeitende Regler R empfängt an seinem Eingang 71 a seines
Differentials 71 ein von dem Meßgerät kommendes, dieser Reinheit P1 entsprechendes
Signal. Ferner wird dem Eingang 71 b des Differentials 71 ein der Reinheit PR entsprechendes
Signal zugeführt, während der Eingang 71 c ein Signal empfängt, welches der Reaktion
des pneumatischen Geräts 72 auf die Druckschwankungen entspricht. Der Ausgang 71
d des Differentials 71 betätigt die Klappe 72, um diese der mit Druckluft durch
das Rohr 75 gespeisten Düse 74 anzunähern oder von dieser zu entfernen. Hierdurch
wird der Druck in der mit Balgen versehenen Vorrichtung 77 vergrößert oder verkleinert,
wodurch der Durchflußmengenverstärker 78 mehr oder weniger Luft in das Rohr 80 in
Richtung auf die Anordnung 72 mit drei Wirkungen und durch das Rohr 81 in Richtung
auf das Relais 82 des Ventils 83 einläßt. Wenn die Reinheit P1 der Lösung in dem
Gefäß 89 kleiner als die gewünschte Reinheit PR ist, öffnet das Relais 82 das Ventil
83 weiter, so daß dem Gefäß 89 eine größere Menge an aus dem Gefäß 86 kommender
reicher Lösung zugeführt wird, während das Umgekehrte auftritt, wenn die Reinheit
größer als PR ist. Da alle Vorgänge kontinuierlich verlaufen, erfolgt die Regelung
der Reinheit der das Gefäß 89 für das Reserveaefäß 99 verlassenden Flüssigkeit in
der erfindungsgemäßen Anlage jederzeit, was ein bedeutender technischer Vorteil
gegenüber den früheren Methoden ist, welche diese kontinuierliche Regelung nicht
zulassen.
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Das erfindungsgemäße Meß- und Registriergerät arbeitet nur mit einer
geringen Menge Lösung, welche größenordnungsmäßig 20 bis 301 in der Stunde beträgt.
Wenn die zu analysierende zuckerhaltige Lösung von einem Punkt der Verdampfungsstelle
kommt, an welchem sie sich auf einem für die Bezugstemperatur geeigneten Brix-Gewicht
befindet, ist es offenbar überflüssig, destilliertes Wasser oder eine andere Lösung
zuzusetzen, und es genügt, sie zur Vornahme der Messung auf die Bezugstemperatur
zu bringen.
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Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So können insbesondere
Vorrichtungen zur Regelung der Temperatur, der Dichte und der Strömungsmenge benutzt
werden, welche von den dargestellten verschieden sind.
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So kann z. B. die Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge elektrisch
anstatt pneumatisch arbeiten, wobei dann die pneumatisch gesteuerten Ventile durch
Elektroventile ersetzt werden.