Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND PROCESS FOR DETERMINING AN ORGANIC AND INORGANIC FRACTION OF A SAMPLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/045510
Kind Code:
A1
Abstract:
A device is specified for determining an organic and inorganic fraction of a sample which comprises a suspension medium, in particular water, and also solids. A preferably tightly sealable treatment chamber is provided which comprises a sampling device, a filtering unit which is constructed and mounted on the sampling device in such a manner that the suspension medium can be removed from the sample through the filtering unit, a suction device for removing the suspension medium, a heat energy source for supplying heat energy to the sample, a temperature measuring unit for determining the temperature of the sample, a weighing unit for weighing the sample and a control and data evaluation unit, for controlling the energy source and for receiving and storing output signals of the temperature measuring unit and also the weighing unit. All parts of the device are constructed in such a manner that a sample can be analysed within the treatment chamber without it needing to be removed in the interim. This achieves considerable savings in time.

Inventors:
FALKENBERG WOLFGANG (DE)
MORNHINWEG MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2006/010205
Publication Date:
April 26, 2007
Filing Date:
October 23, 2006
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BTG MUETEK GMBH (DE)
FALKENBERG WOLFGANG (DE)
MORNHINWEG MARKUS (DE)
International Classes:
G01N5/04; G01N1/28; G01N1/44; G01N33/34
Foreign References:
US5069753A1991-12-03
US5026455A1991-06-25
US4890484A1990-01-02
Other References:
ANONYMOUS: "Measurement Methods", PULP EXPERT GUIDE BOOK NR 1, VERSION 5.0., October 1996 (1996-10-01), XP002374581
TINA EHRMAN: "Standard Method for Ash in Biomass", NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY: LABORATORY ANALYTICL PROCEDURE, 28 April 1994 (1994-04-28), XP002374582
See also references of EP 1938080A1
Attorney, Agent or Firm:
BOHNENBERGER, Johannes et al. (Bolte & Partner Postfach 86 06 24, München, DE)
Download PDF:
Claims:

Ansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen eines organischen und eines anorganischen Anteils einer ein Suspensionsmittel und Feststoffe enthaltenden Probe, umfassend die Schritte

a) Einbringen einer Probe in eine Behandlungskammer; b) Abführen, insbesondere Absaugen/Verdampfen des Suspensionsmittels und/oder durch Filtern der Probe in der Behandlungskammer; c) Bestimmung der Masse der trockenen Probe in der Behandlungskammer; d) Zuführen von Wärmeenergie zur Probe in der Behandlungskammer, bis die

Probe verascht ist; e) Bestimmung der Masse des veraschten Probenrestes in der Behandlungskammer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Probe in der Behandlungskammer vor dem Schritt b) bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt e) Wärme und Sauerstoff der Asche zugeführt wird, bis diese in der Behandlungskammer verglüht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des verglühten Probenrestes vorzugsweise in der Behandlungskammer bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass der Probe vor dem Abführen des Suspensionsmittels ein Flockungsmittel zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in vorbestimmten Zeitabschnitten ein Gasstrom durch die Probe hin- durch geführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gasstroms nach einem Durchströmen der Probe gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf von Temperatur und/oder Gewicht der Probe über die Zeit gespeichert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

Extremwerte des Verlaufs zur Bestimmung von bestimmten Bearbeitungszuständen der Probe ermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trocknungszustand der Probe dann festgestellt wird, wenn im Schritt b) eine änderung der Masse der Probe über die Zeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trocknungszustand der Probe dann festgestellt wird, wenn ein zeitlicher Verlauf eines Temperaturanstiegs des Gasstroms ein vorbestimmtes Maß übersteigt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

bei einem Absaugen des Suspensionsmittels ein Absaug-Differenzdruck, insbesondere Absaug-Unterdruck und ein Trocknungszustand in Abhängigkeit von dessen zeitlichem Verlauf festgestellt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trocknungszustand der Probe durch Bestrahlung der Probe mit Mikrowellenstrahlung und Feststellen einer Absorption der Mikrowellenstrahlen festgestellt wird, wobei die Bestrahlung der Probe mit der Mikrowellenstrahlung vorzugsweise zumindest teilweise zur Erwärmung und/oder Verdampfung des Suspensionsmittels beim Trocknen angewendet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) eine Vollständigkeit der Veraschung der Probe durch im Wesentlichen kontinuierliches Beobachten der Probe und/oder beim Veraschen entstehender Stoffe festgestellt wird, insbesondere durch eine CO 2 -, H 2 O- oder Rauchmessung oder eine Lichtemissions- oder Farbmessung, oder eine Kombination hiervon.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Verlauf messtechnisch nicht erfasste Werte extrapoliert werden.

16. Vorrichtung zur Bestimmung eines organischen und eines anorganischen Anteils einer ein Suspensionsmittel, insbesondere Wasser und Feststoffe umfassenden Probe, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -15, mit einer vorzugsweise dicht abschließbaren Behandlungskammer (10), umfassend

- eine Probenaufnahmevorrichtung (20); eine Filtereinrichtung (21), die derart ausgebildet und an der Probenaufnahmevorrichtung (20) angebracht ist, dass das Suspensionsmittel durch die Filtereinrichtung (21) aus der Probe abführbar ist;

eine Vorrichtung (23) zur Erzeugung eines Differenzdruckes, insbesondere eine Absaugvorrichtung zum Abführen des Suspensionsmittels; eine Wärmeenergiequelle (30) zum Zuführen von Wärmeenergie zur Probe; - eine Temperaturmesseinrichtung (25, 26), zur Erfassung der Temperatur der

Probe; eine Wiegeeinrichtung (24) zum Wiegen der Probe;

und mit einer Steuer - und Auswerteeinrichtung (12) zum Steuern der Wärmeener- giequelle (30) und zum Aufnehmen und Speichern von Ausgangssignalen der Temperaturmes seinrichtung (25, 26) sowie der Wiegeeinrichtung (24).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (21) ein für Verbrennungstemperaturen geeignetes Filter, vorzugsweise ein Glasfaser filter oder Lochblechfilter umfasst, das vorzugsweise auswechselbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergiequelle (30) eine Quelle zur Erzeugung von Mikrowellen, z.B. im Bereich von 2,455 GHz umfasst.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergiequelle (30) eine Quelle zur Erzeugung von Infrarot - Strahlung umfasst.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 19, gekennzeichnet durch eine Probenzuführeinrichtung (14) zum insbesondere kontinuierlichen oder tropfenweisen Zuführen einer Probe über eine bestimmten Zeitraum hinweg zur Filter einrichtung (21).

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaskonditionierungseinrichtung (40) vorgesehen ist, zum Zuführen von Gas, insbesondere von Luft zur Behandlungskammer (10), wobei die Gaskonditionierungseinrichtung (40) vorzugsweise Einrichtungen zum Konditionieren, insbesondere Aufheizen und/oder Trocknen des zugeführten Gases und/oder zum Wechseln des Gases z.B. von Luft zu Stickstoff aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer - und Auswerteeinrichtung (12) Speichereinrichtungen umfasst und derart ausgebildet ist, dass das Gewicht der Probenaufnahmevorrichtung

- im nassen Zustand, zum Feststellen der gesamten Probenmasse; und/oder im getrockneten Zustand, zum Feststellen des Probengehaltes an Trockenmas nach einem Veraschen, vorzugsweise bei maximal etwa 580 °C, zum Feststellen des anorganischen und organischen Anteils - nach einem Verglühen, vorzugsweise bei über 580 0 C, zum Feststellen des Kalziumkarbonat-Anteils

festgestellt und aufgezeichnet wird.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 22, gekennzeichnet durch

Aufheizkörper (27) zum Einbringen in die Probe, die derart ausgebildet sind, dass sie durch die Wärmeenergiequelle (30) aufheizbar sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 23, gekennzeichnet durch ein Flockungsmittel, zum Einbringen in die Probe und zu deren Auflockerung beim Abführen des Suspensionsmittel.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 24, gekennzeichnet durch

Gasabführeinrichtungen (23), die derart ausgebildet und angebracht sind, dass die Probe im Wesentlichen kontinuierliche von Gas durchströmbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabführeinrichtungen (23) eine Druckdifferenzerzeugungseinrichtung, insbesondere eine Vakuumpumpe umfassen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabführeinrichtungen (23) eine Temperaturmesseinrichtung (26) umfassen zur Erzeugung eines Temperatur - Messsignals, das der Temperatur des die Probe durchströmenden Gases entspricht.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer - und Auswerteeinrichtung (12) derart ausgebildet ist, dass die gespei- cherten Ausgangs signale von Temperatur und Gewicht anhand von besonderen

Werten, insbesondere von Extremwerten eines Verlaufes von Temperatur und/oder Gewicht über die Zeit auswertbar sind.

29. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 14-21 zum Bestimmen von Pigment- und

Faseranteilen einer Suspension zur Papierherstellung.

30. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -13 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 14-21 zum Bestimmen eines organischen und ei- nes anorganischen Anteils in feststoffhaltigen Abwässern und Schlämmen, insbesondere zur Minimierung von Flockungsmittelzugaben und/oder zur Berechnung von Deponiewerten.

31. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13 zur Bestimmung eines Pigmentanteils einer Papierstreichfarbe.

Description:

„Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines organischen und eines anorganischen Anteils einer Probe"

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines organischen und eines anorganischen Anteils einer Probe sowie eine Verwendung hier- von.

In industriellen Prozessen, so zum Beispiel bei der Papierherstellung oder auch bei der Beseitigung von Abfall-Schlämmen müssen dem Prozess kontinuierlich und zwar in möglichst kurzen Abständen Proben entnommen werden, um den Prozess dem Analyse- Ergebnis entsprechend steuern bzw. regeln zu können. So muss beispielsweise bei der Papierherstellung festgestellt werden, welche organischen Faseranteile und welche anorganischen Pigmentanteile in der Probe vorhegen, um die Herstellungsparameter optimal einstellen zu können.

Bei den bisherigen Analysemethoden wird hierzu schrittweise unter Zuhilfenahme verschiedener Messeinrichtungen vorgegangen. Diese Vorgehensweise ist außerordentlich zeitaufwändig, so dass zwischen dem Ziehen der Probe und dem Vorliegen des Analyse- Ergebnisses eine erhebliche Zeitdauer vorhegt, die als „Totzeit" in die Regelung des Vorgangs eingeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahin gehend aufzuzeigen, dass eine schnelle und korrekte Probenmessung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Besondere Verwendungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind in den Ansprüche 27 und 28 beschrieben.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass alle wesentlichen Schritte 2ur Behandlung der Probe und Messung der hier wichtigen Parameter in einem geschlossenen System (z.B. einer Behandlungskammer) vorgenommen werden, so dass ein gesondertes „Proben-Handling" und deren Transport von Messeinrichtung zu Messeinrichtung und von Behandlungsvorrichtung zu Behandlungsvorrichtung entfällt.

Im Detail weist die Vorrichtung zur Bestimmung eines organischen und eines anorganischen Anteils einer ein Suspensionsmittel, insbesondere Wasser und Feststoffe umfassenden Probe eine vorzugsweise dicht abschließbare Behandlungskammer auf. Diese um- fasst eine Probenaufnahmevorrichtung, eine Filtereinrichtung, die derart ausgebildet und an der Probenaufnahmevorrichtung angebracht ist, dass das Suspensionsmittel durch die Filtereinrichtung aus der Probe abführbar ist, eine Absaugvorrichtung zum Abführen des Suspensionsmittels, eine Wärmeenergiequelle zum Zuführen von Energie, insbesondere Wärmestrahlung zur Probe, eine Temperaturmesseinrichtung zur Erfassung der Tempera- tur, eine Wiegeeinrichtung zum Feststellen des Gewichtes der Probe sowie eine Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Steuern der Wärmeenergiequelle und zum Aufnehmen und Speichern von Ausgangssignalen der Temperaturmesseinrichtung sowie der Wiegeeinrichtung.

Dadurch, dass die Temperatur und das Gewicht der Probe im Wesentlichen ständig

(soweit dies bei digitalen Systemen geschieht) überwacht werden, können die einzelnen Prozessschritte mit einem minimalen Zeitaufwand durchgeführt werden. Insbesondere kann eine automatisierte „Umschaltung" von jedem Schritt zum nächsten durchgeführt werden, was bei den herkömmlichen Analysesystemen dieser Art nicht der Fall ist.

Die Filtereinrichtung weist ein für Verbrennungs- und gegebenen Falls auch Pyrolysetemperaturen geeignetes Filter, vorzugsweise ein Glasfaserfilter oder Lochblechfilter auf, welches vorzugsweise auswechselbar ist. Nach dem Abführen des Suspensionsmittels dient somit das Filter für den weiteren Prozess als Probenträger. Die Filtereinrichtung kann auch als Stützstruktur für ein (im späteren Verfahren) verbrennendes Filtermaterial, z.B. Papier dienen. Auch Filter aus Keramiken oder dergleichen temperaturfesten anderen Werkstoffen sind mit all ihren Vorteilen einsetzbar.

Es können verschiedenartige Wärmeenergiequellen vorgesehen sein. Besonders schnell und auch besonders gut regelbar sind Mikrowellen-Sender, die üblicherweise bei 2,455 GHz arbeiten. Mit dieser Energiequelle kann bei einer wässrigen Probe das Suspensionsmittel direkt aufgeheizt werden, so dass eine extrem gute Regelbarkeit gegeben ist. Darüber hinaus können mittels Mikrowellen auch Sekundär-Heizelemente aufgeheizt werden, welche mit der Probe in direkter Berührung stehen oder die Mikrowellenenergie in Infrarot-Strahlung umwandeln. Beispielsweise kann auch das eingangs erwähnte Filter aus einem Material gefertigt sein oder ein solches Material enthalten, das aufgrund elektrischer Leitfähigkeit die Mikrowellenenergie absorbiert und damit die Probe aufheizt.

Alternativ oder vor allem auch zusätzlich kann die Wärmeenergiequelle einen Infrarot- Strahler umfassen, und zwar insbesondere solche Infrarot-Strahler, deren Wellenlänge dem aufzuheizenden Material bzw. dessen Absorptionskoeffizienten angepasst ist.

Die Probe kann in einer definierten Menge, in einem Probengefäß in die Behandlungskammer eingeführt werden. Alternativ ist es möglich, die Probe in kleine Teilmengen (Tropfen) dem Filter während des Entwässerungsvorganges zuzuführen, was in vielen Fällen zu einer schnelleren Entwässerung führen kann.

Vorzugsweise ist eine Gaszuführungseinrichtung vorgesehen, zum Zuführen von Gas, insbesondere von Luft zur Behandlungskammer, wobei die Gaszuführungseinrichtung vorzugsweise Einrichtungen zum Konditionieren, insbesondere zum Aufheizen und/oder Trocknen des zugeführten Gases aufweist. Es wird also nicht nur das Suspensionsmittel aus der Probe abgesaugt, es wird vielmehr ein Gas als Hilfsmittel verwendet, um das Suspensionsmittel möglichst rasch zu entfernen. Die Zufuhr des Gases erfolgt derart ungerichtet bzw. turbulent, dass sich bildende Asche im Probengefäß verbleibt und nicht abgeblasen wird. Von besonderem Vorteil ist hierbei die Möglichkeit, das Gas durch die Probe hindurch zu führen, wodurch eine besonders effektive und schnelle Trocknung erreicht wird. Dieses Hindurchführen des Gases durch die Probe wird verbessert, wenn der Probe ein Flockungsmittel zugesetzt wird, so dass der Filterkuchen „porös" wird. Die Trocknung kann dadurch beschleunigt werden, dass das Gas, insbesondere Luft aufgeheizt wird, so dass auch durch das heiße Gas eine Wärmezufuhr zur Probe sichergestellt wird.

Um die Probe möglichst schnell und gleichzeitig effizient aufzuheizen, ist es auch möglich, Aufheizkörper in die Probe einzubringen, die derart ausgebildet sind, dass sie durch eine Strahlungsquelle, z.B. Mikrowellen aufheizbar sind. Diese Aufheizkörper können weiterhin derart aufgebaut sein, dass sie die entwässerte Probe zur Durchströmung mit Gas bzw. Luft lockern und auch bei der Entwässerung unterstützend wirken. Zum Beispiel Körper aus porösem bzw. luft- oder gasdurchlässigem Material bzw. einem solchen Aufbau können Suspensionsmittel aufnehmen, ohne Faserstoffe/Feststoffe zu bilden und das Suspensionsmittel beim Aufheizen schnell wieder abgeben.

Weiterhin sind Gasabführeinrichtungen vorgesehen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Probe im Wesentlichen kontinuierlich von Gas durchströmt wird. Diese Gasabführeinrichtungen können eine Vakuumpumpe umfassen. über die Gasabführeinrichtungen bzw. den Gasstrom ist es möglich, die Temperatur der Probe zu erfassen. Hierzu ist eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen, die ein Temperaturmesssignal erzeugt, das der Temperatur des die Probe durchströmenden Gases entspricht. Dies stellt eine besonders einfache und effektive Methode der Temperaturmessung dar, wobei gegebenenfalls ein Korrekturfaktor für den Temperaturverlust zwischen der Probe und dem Messfühler einzurechnen ist.

Um den Trocknungszustand der Probe festzustellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die einzeln und in Kombination verwendbar sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Trocknungszustand der Probe dadurch festgestellt, dass bei einer im Wesentlichen kontinuierlichen Messung der Probe die änderung der Masse über die Zeit beobachtet wird. Wenn die änderung der Masse einen vorgegebenen Wert unterschreitet, so kann dies als Definition des Trockenzustands verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Trocknungszustand bzw. der Trockenzustand der Probe dann festgestellt werden, wenn der zeitliche Verlauf eines Temperaturanstiegs des Gasstroms (und damit der Probe) ein vorbestimmtes Maß über- steigt. Man geht hierbei davon aus, dass dann, wenn noch Lösungsmittel in der Probe enthalten ist und dieses verdampft wird, die Temperatur der Probe im Wesentlichen konstant bleibt. Erst dann, wenn die von der Probe samt Lösungsmittel aufgenommene

Wärme nicht mehr dazu dient, das Lösungsmittel zu verdampfen, steigt die Temperatur an, die Probe ist also trocken.

Weiterhin wird bei einer weiteren Ausführungsform beim Absaugen des Suspensionsmit- tels ein Absaugunterdruck festgestellt. Der Trocknungszustand wird in Abhängigkeit vom seitlichen Verlauf des Unterdrucks festgestellt. Dann, wenn der Unterdruck ansteigt kann man davon ausgehen, dass die „Gaszufuhr", nämlich der Dampf des Lösungsmittels, beendet ist, das Lösungsmittel also vollständig verdampft ist.

Unter „Absaugen" ist immer die Erzeugung eines Differenz drucks zwischen „oberhalb" und „unterhalb" der Probe zu verstehen. Anstelle einer Vorkammerpumpe zum Absaugen kann also auch eine Druckquelle verwendet werden.

Schließlich wird bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung der Trocknungs- zustand durch Absorption durch Strahlung, insbesondere von Mikrowellenstrahlung festgestellt. Insbesondere dann, wenn die Probe selbst unter Zuhilfenahme von Mikrowellenstrahlung aufgeheizt wird, um das Lösungsmittel zu verdampfen, das Maß der Absorption der Mikrowellenstrahlung auch ein Maß für das Lösungsmittel, das noch in der Probe ist. Ist die Probe lösungsmittelfrei, insbesondere wasserfrei, so wird nur noch ein sehr geringer Teil der Mikrowellen absorbiert. Insbesondere ist hier auch der zeitliche Verlauf der Mikrowellenabsorption von hoher Aussagekraft. So lange noch Lösungsmittel verdampft wird, ist die Absorption hoch. Diese sinkt dann relativ plötzlich, wenn die Menge an Suspensionsmittel (Wasser oder dergleichen durch Mikrowellen erwärmbare Flüssigkeiten) vollständig verdampft ist.

Wenn die Probe in der Behandlungskammer verbrennt bzw. verascht wird, so wird bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung die Vollständigkeit der Verbrennung ebenfalls messtechnisch festgestellt. Zum einen kann dies durch ein Beobachten der Stoffe geschehen, die beim Verbrennen entstehen. Insbesondere sind dies ein Feststellen von CO 2 oder H 2 O sowie ein Feststellen von Rauch. Weiterhin ist es möglich, das Verbrennen durch „optische" Beobachtung festzustellen, da beim Verbrennen Licht emittiert wird. Hier können auch Bild gebende Verfahren zum Einsatz kommen, mittels derer man feststellen kann, ob über die gesamte Oberfläche Lichtemissionen zu beobachten waren,

woraus man schließen kann, dass jeder Punkt der Probenoberfläche von diesem Vorgang betroffen war.

Es ist weiterhin die Steuer- und Auswerteeinrichtung mit Speichereinrichtungen versehen und derart ausgebildet, dass das Gewicht der Probe

im nassen Zustand zum Feststellen der gesamten Probemasse,

im getrockneten Zustand zum Feststellen des Probengehaltes an Trocken- masse,

nach einem Veraschen, vorzugsweise bei maximal etwa 580 0 C zum Feststellen des organischen und des anorganischen Anteils der Probe

- nach einem Verglühen, vorzugsweise bei über 580 0 C zum Feststellen des

Kalziumkarbonat-Anteils

festgestellt und aufgezeichnet wird. Damit kann also in einem einzigen Messvorgang eine Mehrzahl von Parametern festgehalten und ausgewertet werden.

Insbesondere der erste Schritt kann auch außerhalb der Behandlungskammer durchgeführt werden. Man stellt also die Masse der Probe fest, bevor man diese in die Behandlungskammer einführt. Dies kann natürlich auch dadurch geschehen, dass eine volu- metrisch bestimmte „Einheitsprobe" in die Behandlungskammer eingeführt wird.

Der Schritt des Verglühens, bei welchem Wärme und Sauerstoff der Asche zugeführt wird, bis diese verglüht ist, kann — abhängig von den Analysen, die man durchführen will — auch unterlassen werden. Auch das Feststellen der Masse des verglühten Probenrestes kann außerhalb der Kammer erfolgen.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die gespeicherten Ausgangssignale von Temperatur und Gewicht anhand von besonderen Werten, insbesondere von Extremwerten eines Verlaufes von Temperatur und Gewicht über die Zeit

auswertbar sind. Dadurch ist es möglich, die Messvorgänge über Rechenvorgänge nicht nur zu automatisieren sondern auch abzukürzen. Beispielsweise ist es möglich, beim Trocknen einer Probe dann, wenn man den Verlauf des Gewichtes in Abhängigkeit von der Zeit festgestellt hat, die Kurve so zu extrapolieren, dass das bei einer schonenden Trocknung sich ergebende Trockengewicht errechnet werden kann, ohne dass man die Probe tatsächlich auf diese schonende Weise vollständig zu Ende trocknet. Wenn hinreichend Daten zum Extrapolieren der Kurve vorliegen, kann mit einer erhöhten Energiezufuhr gearbeitet werden, die schon in den nächsten Vorgang, nämlich das Verbrennen der organischen Kohlenstoffverbindungen führt. Ebenso ist es möglich, von diesem Schritt des Verbrennens nach Sammeln einer hinreichenden Anzahl von Messpunkten über eine Extrapolation der sich ergebenden Kurve den Verfahrensschritt abzukürzen und die Temperatur auf über 560 - 580 0 C (die Temperatur zur Umsetzung von CaCO 3 zu CaO + CO 2 ) ansteigen zu lassen, so dass man (schnell) zum nächsten Verfahrensschritt gelangt, ohne - wie bisher üblich - lange abwarten zu müssen, bis der jeweilige Verfahrensschritt mit Sicherheit vollständig durchgeführt wurde, um dann die verbliebene Masse durch Wiegen feststellen zu können.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von Pigment- und Faseranteilen einer Suspension zur Papierherstellung. Durch die hohe Geschwindigkeit und gleichzeitig hohe Präzision ist ein Regeln des Papierherstellungsprozesses in vorteilhafter Weise möglich.

Weiterhin ist die Verwendung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens bei der Bestimmung von organischen und anorganischen Kohlenstoffanteilen in industriellen Abwässern und Schlämmen insbesondere zur Minimierung von Flockungsmittelzugaben (z.B. in Bergwerksabwässern) bzw. zur Berechnung von Deponiewerten sehr vorteilhaft. Es ergibt sich hieraus eine erhebliche Kostenersparnis und geringere Belastung der Umwelt beim Deponieren der Abfallstoffe.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen

- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

- Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und

- Fig. 3 den Verlauf von Temperatur und Gewicht einer Probe über die Zeit aufgrund einfacher überlegungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

In Fig. 1 ist stark schematisiert eine Behandlungskammer 10 gezeigt, in deren Innenraum 11 sich eine Probenaufnahmevorrichtung 20 befindet. Diese umfasst bei der in Fig. 1 gezeigten Aus führungs form ein Filter 21, das in einem Gefäß 22 angeordnet ist, welches unter dem Filter 21 eine öffnung 28 aufweist. Diese öffnung 28 ist gasdicht mit einer Absaugpumpe 22 bzw. einer Vakuumpumpe verbunden.

Das Gefäß 22, welches zur Aufnahme einer Probe dient, steht auf einer Waage 24, deren Ausgangssignale das Gewicht der Probenaufnahmevorrichtung 20 samt Inhalt und Filter in elektrischer Form repräsentieren.

Im Innenraum 11 ist eine Wärmeenergiequelle 30 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann. Vorzugsweise umfasst diese Wärmeenergiequelle 30 (auch) eine Mikrowellen-Strahlungsquelle. Zum Abtasten der Temperatur im Innenraum 11 ist ein Innenraum-Temperatursensor 25 vorgesehen. Weiterhin ist ein Gasstrom- Temperatursensor 26, der die Temperatur des Mediums abtastet, welches durch die Absaugpumpe 23 abgesaugt wird.

In den Innenraum 11 wird durch eine Gaskonditionierungseinrichtung 40 ein Gas angesaugt, wobei die Gaskonditionierungseinrichtung 40 über die Steuerungseinrichtung 12 gesteuert wird. Die Gaskonditionierungseinrichtung 40 ist derart ausgebildet, dass eine

Trocknung/Vorheizung von angesaugtem Gas durchgeführt werden kann, so dass eine zusätzliche Wärmeenergiequelle vorliegt. Darüber hinaus ist es möglich, statt Luft auch ein inertes Gas, z.B. Stickstoff durch die Gaskonditionierungseinrichtung 40 zuzuführen, so dass beim Trocknen einer Probe auch bei höheren Temperaturen nicht die Gefahr besteht, deren Bestandteile zu oxidieren bzw. zu verbrennen.

Die Steuerungseinrichtung 12 umfasst auch eine Auswerteeinrichtung (einen Computer), mit Speichereinrichtungen für die aufgenommenen Messsignale und zum Speichern festgestellter Resultate, die auf einer Anzeige 13 bzw. einer Dokumentationseinrichtung (z.B. einem Schreiber) wiedergegeben werden.

Um eine im Gefäß 22 enthaltene Probe schneller mit Mikrowellenenergie aufheizen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Probe Aufheizkörper 27 zugegeben werden, welche durch Mikrowellenenergie aufheizbar sind aber ansonsten (wie natürlich auch das Pro- bengefäß 20) während des gesamten Verfahrensablaufes sich inert verhalten.

Die in Fig. 2 gezeigte Aus führungs form der Erfindung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass an Stelle des Gefäßes 22, das ein hinreichend großes Volumen zur Aufnahme einer hinreichend großen Probe aufweisen muss, die Probenaufnahmevorrich- tung 20 im Wesentlichen nur aus dem Filter 21 besteht, unter welchem über die Absaugpumpe 23 Gas abgesaugt wird. Die Probe wird in diesem Fall durch eine Probenzuführungseinrichtung 14, die auch außerhalb des Innenraums 11 der Behandlungskammer 10 angeordnet ist, im Wesentlichen kontinuierlich oder tropfenweise zugeführt und während des Zuführens sogleich entwässert wird. Dadurch kann eine schnellere Entwässerung erzielt werden. Um eine solche schnellere Entwässerung bei der Aus führungs form nach Fig. 1 zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der Probe ein Flockungsmittel beigegeben wird, da dies dazu führt, dass die Probe „lockerer" bzw. „gasdurchlässiger" wird, wodurch der Entwässerungsvorgang beschleunigt und das Filtrat klar werden.

Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Fig. 3 näher erläutert. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese Abbildung einen möglichen, nicht einen gemessenen Analyse-Verlauf wiedergibt. Die Temperatur ist diejenige der Probe, welche

mittels des Gasstrom-Temperatursensor 26 gemessen werden kann, da das durch die Probe geführte Gas im Wesentlichen die Temperatur der Probe wiedergibt. In einer ersten Phase wird das Wasser aus der Probe abgesaugt. Gleichzeitig wird geheizt, so dass die Temperatur ansteigt bis auf die Temperatur Tl, welche der Verdampfungs- temperatur des Suspensionsmittels entspricht, also bei 100 0 C liegt, wenn es sich um eine wässrige Probe handelt. Unter ständiger Energiezufuhr wird der Rest des in der Probe enthaltenen Wassers verdampft, das Gewicht der Probe sinkt also ab, bis es zum Zeitpunkt tl das Gewicht Gl erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt tl ist das Wasser (bzw. auch ein anderes Suspensionsmittel) verdampft. Die Temperatur steigt nun bis zum Zeitpunkt t2 bei gleich bleibendem Gewicht Gl an.

Zum Zeitpunkt t2 hat die Probe eine Temperatur erreicht, bei welcher die Kohlenstoff enthaltenden organischen Anteile verbrennen. Durch die hierbei frei werdende Energie steigt die Temperatur sprunghaft über die durch die Wärmeenergiequelle zunächst vorge- gebene Temperatur T3 (ca. 580 0 C) an und sinkt (durch die Wärmeverluste bzw. zugeführtes Gas/Luft) auf diesen Temperaturwert T3 wieder ab. Das Gewicht der Probe nimmt kontinuierlich ab, bis es den Wert G2 erreicht hat, welcher das Gewicht der Probe darstellt, bei dem die Probe verbrannt bzw. verascht ist, wodurch der Anteil an anorganischen und an organischen Stoffen feststellbar ist.

Beim weiteren Aufheizen der Probe auf eine Temperatur T4, die über 580 0 C liegt, nimmt im Zeitraum von t3 - t4 das Gewicht der Probe vom Wert G2 auf den Wert G3 ab, so dass nunmehr die Masse von Kalziumoxid und hieraus der Gehalt an anorganisch gebundenem Kohlenstoff feststellbar ist. Dieser Analysevorgang ist an sich bekannt.

Dadurch nun, dass die Temperatur der Probe und auch gleichzeitig ihr Gewicht über die vorgesehenen Sensoren überwacht werden, ist aufgrund des Verlaufes von Gewicht und/oder Temperatur über die Zeit feststellbar, wann die jeweiligen Vorgänge, also die Entwässerung/Trocknung die Verbrennung der organischen Kohlenstoffe und die Verbrennung der anorganischen Kohlenstoffe die jeweils abgeschlossen sind. Es müssen also keine Sicherheits-Zeiträume abgewartet werden, so dass eine Verkürzung der gesamten Verfahrensdauer erzielbar ist.

Weiterhin ist aus den Kurvenverläufen gemäß Fig. 3 ersichtlich, dass eine Extrapolation der sich ergebenden Gewichtswerte möglich ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, mit erhöhter Energiezufuhr und damit verkürzten Aufheizzeiten zu arbeiten. Man muss beispielsweise nicht den Zeitpunkt tl oder gar t2 abwarten, um das Gewicht der wasser- freien Probe bestimmen zu können, da sich dieses bereits aus dem Verlauf der Gewichtsabnahme vor dem Zeitpunkt tl herleiten lässt. Gleiches gilt für die beiden nachfolgenden Phasen, in denen anorganischer bzw. organischer Kohlenstoff verbrannt bzw. oxidiert wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass auch andere suspendierte Feststoffe mit dieser Vorrichtung schnell und einfach messbar sind. Zum Beispiel kann eine Bestimmung der Pigmentanteile (also praktisch ohne organisch Anteile) einer Streichfarbensuspension mit diesem (einen) Gerät beim Papiermachen erfolgen, so dass diesem ein „Allround-Messgerät" zur Verfügung steht. Die Schritte der Verbren- nung und Pyrolyse entfallen dabei, jedoch wird das Abnutschen, Trocknen und Wiegen erheblich beschleunigt.

Bezugszeichenhste

10 Behandlungsraum

11 Innenraum

12 Steuer- /Auswerteeinrichtung

13 Anzeige/Dokumentation

14 Probenzuführungseinrichtung

20 Probenaufnahmevorrichtung

21 Filter

22 Gefäß

23 Absaugpumpe

24 Waage

25 Innenraum-Temperatursensor

26 Gasstrom-Temperatursensor

27 Aufheizkörper

28 öffnung

30 Wärmeenergiequelle

40 Gaskonditionierungseinrichtung