Die Anmeldung betrifft Lösungen für das Monitoring, die Prozesssteuerung und Überwachung einer Feststoff-Filtration, insbesondere des Waschvorgangs dieses Feststoffes in einer Filtrationsanlage. Bei diesem Feststoff handelt es sich ein rieselfähiges Material, typischerweise das Ergebnis einer Kristallisation bzw. Präzipitation in der Form von Granulat oder Pulver, und allgemein auch als Schüttgutfeststoff bezeichnet wird.

Üblicher Produktionsprozess zur Herstellung von festen Wirkstoffen gliedert sich ab Kristallisation bzw. Präzipitation wie folgt:

1. Kristallisation/ Präzipitation, auch Feststoffbildung genannt: In diesem Schritt des Produktionsprozesses entsteht der Feststoff suspendiert in Mutterlauge,

2. Filtration: der Feststoff wird in einem Filterapparat für Druck-, Vakuum oder Zentrifugalfiltration (auch im Folgenden als Filterapparate zusammenfassend genannt) von der Mutterlauge abgetrennt.

Übliche Filterapparate sind z. B. Nutschen, Zentrifugen, Trommel-oder Scheibenfilter etc., aber auch Porzellan- oder Glastrichter mit flachen Siebboden oder Fritte, oder ein sonstiges poröses Filterelement. Bei der Verwendung einer Nutsche wird z.B. die zu filtrierende Suspension auf den Apparat überführt, unter Druck oder Vakuum wird das Filtrat vom Feststoff getrennt, und abgeführt. Eine Nutsche ist exemplarisch in Fig. 1 schematisch dargestellt.

Üblicherweise schließen sich im Schritt 3 einer Feststofffiltration die Wäsche des Filterkuchens in einem Verdrängungs- und / oder Resuspendierungswasch Vorgang an, um den Feststoff "sauber zu waschen" d.h. die geforderte Qualitätsmerkmale für den Feststoff zu erreichen. In diesem Schritt werden üblicherweise festgelegte Mengen Fösungsmittel (frisch oder recycelt) in einer festgelegten Anzahl von Waschschritten auf dem Filterkuchen gleichmäßig verteilt. Die Anzahl der Wäschen ist dabei abhängig von der geforderten Reinheit des Feststoffs. In der Regel wird der Filterapparat zwischen den Waschschritten nicht geöffnet, sodass aus diesem und anderen Gründen eine Beprobung des Filterkuchens nicht möglich ist. Im Schritt 4 wird der Feststoff getrocknet. Dies geschieht üblicherweise entweder auch auf der Drucknutsche (Nutschtrockner) oder in einem separaten Trocknungsapparat.

Zwischen Schritt 3 und 4 können sich noch Schritte zur Formulierung z.B. Zugabe von Verflüssigern, Stabilisatoren etc. befinden.

Typischerweise wird der Filtrations- und Waschvorgang als eine„Black Box“ betrachtet, der durch Versuche und Fehler optimiert wird (Ruslim et al., Chemical Engineering Science 62 (2007) 3951 - 3961). Ruslim et al. befasst sich mit dem Problem einer heterogenen Distribution des Waschmittels in einem Filtrations- und Waschvorgang. Er untersucht eine Messung des Filterkuchens online, bevorzugt aber die offline Messung und schreibt, dass Messungen des Filterkuchens besser sind, statt Messung des Filtratstroms. Die Messung des Filtratstroms nutzt er lediglich zur vollständigen Prüfung auf Verunreinigungen.

FOUHI-KUFTANEN et al. beschreibt ein Verfahren und einen Messapparat zur Kontrolle eines Filtrations- und Waschvorgangs mit einem Raman- Spektrometer, in dem ebenfalls eine Messung im Filterkuchen durchgeführt wird. Es handelt sich dabei um eine lokale Messung (auf der Kuchenoberfläche) oder um eine invasive Messmethode (Immersionoptik), die den Filterkuchen beschädigt. Darüber hinaus ermöglicht diese Methode keine Spurenmessung, da die Messgrenze eines Raman-Spektrometers bei 1% liegt. FOUHI-KUFTANEN et al. gibt keinen Hinweis auf eine Messung des Filtratsstroms (FOUHI-KUFTANEN et al.: "Filter cake washing: Partial dissolution of organic particles and real-time monitoring based on Raman spectroscopy", SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOFOGY, EFSEVIER

SCIENCE, AMSTERDAM, NF, Bd. 59, Nr. 3, 4. Februar 2008 (2008-02-04), Seiten 270- 276, XP022453823, ISSN: 1383-5866, DOI: 10.1016/J.SEPPUR.2007.06.017).

Eine Qualitätskontrolle des Feststoffs während er noch im Filterapparat vorliegt (d .h. Punkt 2 bzw. 3) findet nach dem aktuellen Stand der Technik in industriellen Filtrations- und Waschvorgangsprozessen nicht statt. In der Regel wird die Analytik lediglich nach Abschluss von Schritt 4 durchgeführt. Typischerweise werden vom getrockneten Filterkuchen Feststoffproben gezogen und im Fabor meist mittels Chromatographie analysiert. Allgemein wird in der Fachwelt davon ausgegangen, dass die Qualität des Filterkuchens nur durch direkte Filterkuchen-Analyse ermittelt werden kann. Die Überwachung der Qualität von Filterkuchen im Filtrationsprozess wurde infolgedessen bisher von den Fortschritten der Online Messtechnik nicht betroffen. Erfüllt der überprüfte Filterkuchen nicht die Spezifikation, muss daher das getrocknete Produkt erneut prozessiert, verworfen oder verschnitten werden. Die Menge an Waschmedium und die Waschstrategie (Verdrängungs-, Gegenstrom- bzw. Anmaischwäsche) wird typischerweise einmalig experimentell ermittelt und durch Analyse des Filterkuchens validiert.

Wäre eine frühe Qualitätskontrolle des Feststoffs möglich, könnte bei einer schlechten Qualität sofort reagiert werden und z. B. eine zusätzliche Wäsche durchgeführt werden (vorausgesetzt die Verunreinigungen sind auswaschbar und nicht im Kristall eingeschlossen). Bei einer sehr guten Qualität könnte ggf. auf Wäschen bzw. Waschmedium und damit Lösungsmittel oder auch Wasser verzichtet werden. Beide Varianten würden direkt massive Zeit- und Kostenersparnis ermöglichen.

Kopra et al. offenbart ein Verfahren und einen Messapparat zur Kontrolle des Filtrations- und Waschvorgangs für die Papierindustrie in einer Zellstoffwäsche mit einem Refraktometer. In diesem Verfahren wird der Brechungsindex des Waschmediums bestimmt, das in den Filterapparat und aus dem Filterapparat geleitet wird, mit dem Ziel zu ermitteln, ob das Waschmedium wiederverwendet werden kann. Die Waschmittelzufuhr wird anhand der Messwerte angepasst, um unerwünschte Waschverluste zu vermeiden. Kopra et al. gibt keinen Hinweis über die Nutzung dieser Messwerte, um Rückschlüsse über den Verlauf des Waschvorgangs oder die Qualität des Filterkuchens zu gewinnen. Angesichts des Filterapparats wäre dies auch nicht möglich, da keine separate Messung aus den jeweiligen Waschzonen vorhanden ist. (Kopra et al. "Application of the refractometer in the measurement and monitoring of brown stock washing, doctoral dissertation",, 1. Januar 2015 (2015-01-01), XP055374630,

URL:https://aaltodoc. aalto.fi/bitstream/handle/l23456789/l545 l/is

bn978952606l344.pdf?sequence=l&isAllowed=y).]

Es bestand daher die Aufgabe eine Lösung für die Überwachung von Filtrations- und Waschprozessen bereitzustellen, die für eine Online-Überwachung verwendbar ist, Rückschlüsse über den Verlauf des Prozesses, insbesondere über die Qualität des Filterkuchens, ermöglicht, keine Unterbrechung des Waschprozesses für die Qualitätskontrolle eines Filterkuchens erfordert oder Beschädigung des Filterkuchens verursacht.

Die Aufgabe wurde durch den Einsatz von Messtechnik zur Messung im Filtratstrom aus einem Filterapparat, gelöst, wobei Parameterwerte des Filtratstroms über die Zeit des Filtrations- und Waschvorgangs gemessen werden, deren Änderungen über die Zeit analysiert werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass diese Analyse, während der Filtration, Rückschlüsse über den Fortschritt und Qualität des Filtrations- und Waschprozesses ermöglicht.

Erster Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zum Monitoring und zur Kontrolle eines Filtration- und Waschvorgangs eines Schüttgutfeststoffs in einem Filterapparat zur Kuchenfiltration gemäß Anspruch 1 und die davon abhängigen Ansprüche, wobei mindestens eine Messvorrichtung im oder am Filtratablauf des Filterapparats angebracht ist, die eine oder mehrere Parameter eines Filtratstroms aus dem Filterapparat zur Kuchenfiltration während des Waschvorgangs misst und die Änderung der gemessenen Parameterwerte über die Zeit analysiert wird.

Als geeignete messbare Parameter des Filtratstroms im Sinne der Anmeldung sind insbesondere Brechungsindex, Dichte, Uhraschalllaufzeit, Redoxpotential sowie spektroskopische Summen- und/oder stoffspezifische Eigenschaften mindestens eines repräsentativen Bestandteils im Filtratstrom (Haupt- und/oder Nebenkomponente), wie etwa Absorption, Impedanz, Farbe oder das Fluoreszenzsignal des Filtrates. Für wässrige Medien können auch pH-Wert und/oder Feitfähigkeit verwendet werden.

Die Auswahl der Messmethode hängt aber von den im Prozess verwendeten Substanzen (insb. Produkt(e) und / oder Nebenprodukt(e)) ab. Besonders bevorzugt wird die Messung des Brechungsindexes und / oder der Dichte des Filtrats im Verlauf der Filtration und Wäsche verwendet. Auch können eine oder mehrere der oben genannten Methoden kombiniert werden. Ebenso können für die Qualitätskontrolle neben den reinen Messwerten (Rohdaten) auch Konzentrationen der (Neben)komponenten unter Verwendung zuvor ermittelter Kalibrierfunktionen ermittelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine parallele Aufnahme von Brechungsindex und die im Stand der Technik (gemäß VDI Richtlinie 2762) übliche Messung der Filtratmasse durchgeführt.

Das Verfahren eignet sich sowohl für die Überwachung eines kontinuierlichen als für die Überwachung eines Batch-Prozesses. Bei einem kontinuierlichen Wäscheprozess im Sinne der Anmeldung wird das Waschmedium kontinuierlich auf dem Filterkuchen dosiert, so dass der Filterkuchen gleichmäßig über seine komplette Fläche bedeckt ist. Bei einem Batch- Prozess wird für die Wäsche eine vordefinierte Menge Waschmedium auf dem Filterkuchen aufgegeben.

Bevorzugt umfasst das Verfahren Computer-implementierte Schritte zur Analyse der Messdaten. Üblicherweise werden diese Schritte durch ein entsprechend konfiguriertes Computer-System durchgeführt.

Für die Analyse der Messdaten werden diese von der bzw. den Messvorrichtungen z. B. über ein Daten-Interface (OPC, SQL, Feldbus, z. B. Profibus, Modbus, Ethernet, Analogsignal usw.) übertragen; die importierten Messdaten werden in einem Archivierungsmodul, z. B. einem Datenbankmodul gespeichert, in dem die Messdaten und einen Zeitstempel t, sowie bevorzugt alle Informationen zur eindeutigen Identifikation der Produktionscharge hinterlegt werden.

Das Datenbankmodul ist mit einem Auswertesystem verbunden. Ein Auswertesystem im Sinne der Anmeldung ist ein Messleitsystem oder ein für die Durchführung der Verfahrensschritte konfigurierter Computer.

Weiterer Gegenstand der Anmeldung ist daher ein Computersystem zur Kontrolle eines Filtrations- und Waschvorgangs eines Schüttgutfeststoffs in einem Filterapparat zur Kuchenfiltration, wobei das Computersystem umfasst:

- ein Archivierungsmodul konfiguriert für die Speicherung von Parameterwerten eines Filtratstroms mit einem Zeitstempel t übertragen aus mindestens einer Messvorrichtung im oder am einem Filtratablauf des Filterapparats über die Zeit des Filtrations- und Waschvorgangs und für die Weitergabe dieser an ein Auswertesystem, - das Auswertesystem, das mit dem Archivierungsmodul verbunden ist und konfiguriert ist, um Änderungen der Parameterwerte über die Zeit zu analysieren, und aus dieser Änderungsanalyse das Ende des Filtrations- und Waschvorgangs und / oder die Effektivität des Waschvorgangs zu ermitteln,

- Ein Element zur Anzeige über das Ende des Filtrations- und Waschvorgangs und / oder die Effektivität des Waschvorgangs, und/oder

- Ein Element zur Erteilung eines Befehls zum Beenden des Filtrations- und Waschvorgangs.

Typischerweise ist das Auswertesystem mit einem System zur Kontrolle einer Waschmediumzufuhr verbunden und konfiguriert, um Befehle zu Weiterführung bzw. Beendung der Waschmediumzufuhr erteilen zu können.

Besonders bevorzugt wird die Zufuhr des Waschmediums mit Hilfe des Auswertesystems gestartet, beendet, bzw. ein neuer Waschvorgang wird veranlasst dadurch, dass das Auswertesystem den entsprechenden Befehl an eine steuerbare Waschmediumzufuhr (z. B. Ventile) erteilt. Typischerweise ist die Waschmediumzufuhr über ein oder mehrere Steuerelemente zur Steuerung der Waschmediumzufuhr steuerbar (z. B. ein Prozessleitsystem) .

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Grenzwertbetrachtung und/oder Änderungsanalyse durchgeführt.

Die Messdatenanalyse umfasst bei einer Grenzwertbetrachtung der Rohdaten oder der daraus errechneten Konzentrationswerte typischerweise folgende Schritte:

1. Transfer der Messwerte der überwachten Parameter des Filtratstroms in das Auswertesystem über einen vordefinierten Zeitabschnitt des Filtrations- und Wäscheprozesses mindestens bis zum Erreichen eines vordefinierten Parameterwerts, der zuvor experimentell oder aus der Erfahrung ermittelt wurde und der gewünschten Qualität des Filterkuchens entspricht. Wird dieser Wert erreicht, kann davon ausgegangen werden, dass der Filterkuchen im Einklang mit der Spezifikation gewaschen ist; der Waschvorgang kann beendet werden.

1.1. In einem kontinuierlichen Prozess wird bei Erreichung des Parameterwertes aus 1 die Zufuhr des Waschmediums beendet; der Filterkuchen wird weiterprozessiert.

1.2. In einem Batch Prozess wird das Ende des Waschprozesses mitgeteilt. Für die nächste Batchwäsche eines weiteren Filterkuchens kann ggf. die Waschmittelmenge entsprechend dem vordefinierten Parameter aus 1. angepasst (typischerweise reduziert) werden. Die Methode zur Anpassung der Waschmittelmenge wird weiter unten genauer beschrieben.

2. Wird der vordefinierte Parameterwert (siehe 1.) nicht erreicht, kann davon ausgegangen werden, dass der Filterkuchen nicht optimal ausgewaschen wurde; der Waschvorgang wird weitergeführt, indem.

2.1. In einem kontinuierlichen Prozess die Waschmittelzufuhr verlängert wird.

2.2. In einem Batch Prozess, kann für den bereits gewaschenen Kuchen eine zusätzliche Wäsche angeschlossen werden. Im nächsten Batch mit einem neuen Filterkuchen kann die Waschmittelmenge erhöht werden.

Wird der vordefinierte Parameterwert trotz der beschriebenen Maßnahmen (siehe 2.1. oder 2.2) nicht erreicht, ist eine Aufreinigung alleine durch Verdrängung der Mutterlauge unzureichend. Typischerweise wird die Waschstrategie geändert; es kann z.B. eine Anmaischwäsche (Suspensions wäsche) oder eine Kombination aus Verdrängungs- und Anmaischwäschen durchgeführt werden.

Alternativ oder zusätzlich zur Grenzwertbetrachtung umfasst das Verfahren Schritte zur Änderungsanalyse der Rohdaten bzw. der aus den Rohdaten ermittelten Konzentrationswerte.

Die Messdatenanalyse umfasst bei einer Änderungsanalyse der Rohdaten oder der daraus berechneten Konzentrationswertejypischerweise folgende Schritte:

3. Transfer der Messwerte der überwachten Parameter des Filtratstroms in das Auswertesystem über einen vordefinierten Zeitabschnitt des Filtrations- und Wäscheprozesses. Berechnung der ersten Ableitung einer aus den Messwerten erzeugten Kurve. Ändert sich die erste Ableitung (=Steigung) der Messkurve nicht mehr oder ist sie unter einem vordefinierten Wert, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

3.1. In einem kontinuierlichen Prozess wird die Zufuhr des Waschmediums beendet.

Entsprechend der Grenzwertbetrachtung aus 1. (erreicht/nicht erreicht) werden weitere ggf. Maßnahmen ergriffen z.B. Änderung der Waschstrategie.

3.2. In einem Batch Prozess wird das Ende des Waschprozesses mitgeteilt. Für den nächsten Waschschritt wird ggf. die Waschmittelmenge angepasst (reduziert oder erhöht) entsprechend der Grenzwertbetrachtung aus 1.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Qualität der Wäsche aus den Messdaten mittels einer oder mehreren weiteren Datenanalysen ermittelt. Dafür wird die Steigung der Messwertkurve (zwischen zwei Messwerte z. B. zwischen Messwerte der Zeitstempel t-l und t) bevorzugt im Abschnitt C berechnet. Die berechnete Steigung wird mit einem als zugelassenen vordefinierten Wertebereich (Arbeitsbereich) für die Steigung verglichen; dieser wurde typischerweise aus vorherigen Wäschen mit zufriedenstellender Qualität ermittelt. Mögliche Abweichungen und damit Störungen im Waschvorgang bzw. in der Effektivität der Wäsche liegen vor, wenn die Steigung im Laufe der Wäsche den Arbeitsbereich verlässt.

Mögliche Störungen liegen vor, wenn:

a) Die Steigung zu flach ist, verursacht z.B. durch Risse im Filterkuchen.

b) Die Steigung ungleichmäßig ist, verursacht z.B. durch Löcher oder Kanäle im Filterkuchen.

Durch die Betrachtung der Steigung wird Prozessverständnis bzw. Prozessmonitoring möglich, sodass geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Diese können z.B. sein: Beachtung der (Unter)sättigung der Filterkuchens, Überprüfung des eingesetzten Filtermittels auf Fehlstellen, Glattstreichen des Filterkuchens etc.

Im Allgemeinen ist die Steigung gleichbedeutend mit der Waschgeschwindigkeit AKonz/AZeit alternativ AMesssignal/AZeit, wobei A=Änderung ist. Dadurch sind Prozessoptimierungen möglich, z.B.

a) Eine erhöhte Steigung bedeutet eine erhöhte Waschgeschwindigkeit, die z.B durch einen erhöhten Druck erreicht werden kann. Daraus resultiert eine kürzere Waschzeit, wodurch die Taktzeit reduziert wird. b) Eine verringerte Steigung bedeutet eine erhöhte Waschzeit. Dies erhöht die Diffüsionszeit des Waschmediums in das Feststoff-Porensystem, wodurch die Wascheffektivität erhöht werden kann.

Werden Störungen erkannt, erlässt das System eine Warnung; ggf. beendet das System den Waschvorgang.

Effektivität der Wäsche

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Effektivität des Waschvorgangs mit folgenden Schritten ermittelt:

a) Aus der Messkurve wird ein Abschnitt C ermittelt (siehe Abbildung 2), in dem die Messkurve sich mit einer Steigung von mindestens oder gleich eines vordefinierten Werts X ändert.

b) Ein Steigungswert als durchschnittliche Steigung wird über den Abschnitt C aus a) berechnet,

c) Eine Variabilität der Steigung im Abschnitt C aus a) wird berechnet,

d) Ist der Steigungswert innerhalb des vordefinierten Arbeitsbereich und ist die Variabilität der Steigung kleiner X läuft der Waschvorgang effektiv, der Waschvorgang wird weitergeführt bis der Steigungswert einen vordefinierten Wert für eine ausreichende Waschqualität erreicht,

e) Ist der Steigungswert < eines vordefinierten Minimalwerts (flache Steigung) und / oder ist die Variabilität des Steigungswertes hoch, ist eine Gradientenbildung bzw. Unstetigkeit im Kuchen zu vermuten. Eine Warnung wird ausgegeben und / oder der Filtrationsdruck erhöht.

Die Bestimmung des optimalen Waschverhältnisses erfolgt aus der Analyse der Waschkurve (Messwert über Waschverhältnis Abb. 3 oder 5) für die folgenden Batches. Ändert sich der Messwert nicht mehr, ist das optimale Waschverhältnis, d. h. die optimale Waschmittelmenge überschritten.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die für den Waschvorgang verbrauchte Waschmediummenge bis zum berechneten Ende des Waschvorgangs ermittelt und für den nächsten Waschvorgang als optimale Waschmediummenge festgelegt. Im Falle eines Batch- Waschvorgangs wird die neue Menge Waschmedium zum Waschen des Filterkuchens zugefügt. Bei einem kontinuierlichen Verfahren wird die Waschmediummenge online berechnet und z. B. eine Warnung im Falle der Überschreitung der optimalen Waschmediummenge gegeben.

Die Messwerte können sowohl online ausgewertet werden, als auch nachträglich in ihrer Gesamtheit betrachtet/interpretiert (Prozessoptimierung) werden.

Insbesondere kann durch die Messung im Filtratstrom aus einem Filterapparat zur Kuchenfiltration und die folgende Analyse der gewonnenen Messwerte eine produktspezifische Validierung der Qualität des Filterkuchens im Zusammenhang mit der Konzentration der Nebenkomponenten im Filtratstrom bzw. mit dem messbaren Summenparameter des Filtratstroms erreicht werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden folgende Informationen über den Verlauf des Prozesses bereitgestellt:

• Einschätzung des Prozessfortschrittes,

• Erkennung eines Abbruch/Endpunktkriteriums

• Erkennung von Prozessstörungen z.B. unregelmäßige Filterkuchestruktur

• Stabilität des Prozesses

• Hinweise zur Optimierung der Waschmittelmenge

Aus diesen Informationen wird eine indirekte Filterkuchenanalytik durchgeführt.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bestimmung des Brechungsindex als Summensignal über die Nebenkomponenten verwendet.

Mit einem entsprechend in der Filtervorrichtung platzierten Messgerät wird online der Messwert, z. B. der Brechungsindex im Filtratstrom bestimmt. Das Messgerät wird bevorzugt im Filtratablauf 5 - entweder druckfrei oder ggf. in einer Druckleitung - installiert (Abb 1).

Der Messwert und seine Variation über die Zeit kann als Merkmal zur Qualitätskontrolle verwendet werden. Typischerweise wird der online gemessene Wert mit einer zuvor ermittelten Kalibrierfünktion zwischen Messwert und Nebenkomponenten/Produktqualität abgeglichen (Abb. 2). Weiterer Gegenstand der Anmeldung ist ein Filterapparat umfassend eine Waschmediumzufuhr, ein Filterelement, ein Filtratablauf und eine Messvorrichtung zur Messung im Filtstratstrom, wobei die Messvorrichtung zur Messung einer oder mehrere Parameter wie z.B. Brechungsindex-, Dichte-, Ultraschalllaufzeit-, pH-Wert-, Leitfähigkeit-, Redoxpotential- und / oder spektroskopische Eigenschaften des Filtratstroms ausgewählt ist. Erfindungsgemäß ist die Messvorrichtung im oder am Filtratablauf eingebracht. Typischerweise wird die Messvorrichtung in die Filtratleitung des Filterapparats eingebracht.

Bevorzugt umfasst der Filterapparat zusätzlich eine Messvorrichtung zur Messung der Filtratmasse. Typischerweise wird mit Hilfe einer Wage die Filtratmasse im Filtratsammelgefäß ermittelt/aufgezeichnet. Alternativ wird die Filtratmasse aus dem Volumenstrom/Massenstrom mit Hilfe eines Durchflussmessers ermittelt/aufgezeichnet.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Messung mit einer Messung der Filtratmasse kombiniert.

Geeignete Filtervorrichtung sind Nutschen, Zentrifugen, Büchnertrichter, Fritten, Filtertiegel, Trommelfilter, Scheibenfilter, Bandfilter und Filterpresse, ohne sich darauf zu begrenzen.

Beispiel A zur qualitativen Beurteilung einer Feststoffwäsche:

In einem ersten Set von Experimenten wurde die Untersuchung der Waschfiltrate in einer Verdrängungs wäsche mit Hilfe des Brechungsindex untersucht und wird beispielhaft am Produkt Sivanto dargestellt.

Hierfür wurden bei der Filtration/Wäsche zu definierten Zeitpunkten dem Filtratstrom Proben in Fraktionen entnommen. Mit einem Refraktometer (Abbemat300 der Firma Anton) Paar wurde der Brechungsindex off-line gemessen und mit dem Brechungsindex der Waschlösung verglichen (Fig. 3). Bei regulärem Prozessfortschritt näherte sich der Messwert dem Brechungsindex der Waschlösung an. Zunächst bestand das Filtrat aus Mutterlauge, weshalb zu Beginn ein Plateau im Verlauf des Brechungsindex zu sehen ist. Wird die Mutterlauge in der Verdrängungswäsche allmählich von Waschmedium verdrängt, sinkt der Brechungsindex bis er einen konstanten Wert erreicht. Dieser Wert erreicht optimaler Weise den des eingesetzten Waschmediums. Damit konnte gezeigt werden, dass der Brechungsindex als Summensignal geeignet ist, um Konzentrationsabnahmen im Filtrat nachzuweisen, Abweichungen vom Erwartungswert bei der Konzentration und der Filtrationsrate pro Zeiteinheit können dargestellt und erkannt werden.

Eine Korrelation mit der Qualität des Filterkuchens ist am Einzelfall zu prüfen und war für Sivanto möglich. Proben aus dem Filtratstrom während der Wäsche und der Filterkuchen jeweils nach Ende der Wäschen (jeder Versuch wurde mit unterschiedlichen Mengen Waschmedium durchgeführt) wurden durch HPFC analysiert.

In weiteren Experimenten wurde ein Prozessrefraktometer in Filtratablauf des Faborversuchstands zur Filtration als online Messtechnik integriert. Dafür wurde ein Prozess- Refraktometer des Typs PR-43 von KPatents mit einem Messbereich von nD 1,32-1,53 verwendet. Für die Faborversuche wurde ein Durchflussadapter verwendet. Beispiel B zur qualitativen und quantitativen Beurteilung einer Feststoffwäsche für Modelpartikel:

i. Versuchsdurchführung: Die Filtrations- und Waschversuche wurden gemäß VDI Richtlinie 2762 auf einem 100 cm ² Labordruckfilter bei 0,2 bar Überdruck und Raumtemperatur durchgeführt. In der Filtratleitung wurde das Prozessrefraktometer (Abbemat300 der Firma Anton) integriert. Brechungsindex und Filtratmasse wurden zeitaufgelöst aufgenommen. Nach Versuchsende wurde die Höhe und Masse des Filterkuchens bestimmt. Die Filtration wurde bei einer Sättigung S des Filterkuchens von S=l beendet, Reinstwasser zur Wäsche vorsichtig auf den Filterkuchen geschichtet und anschließend die Wäsche und mechanische Entfeuchtung durchgeführt. Nach Versuchsende wurde der Brechungsindex des Mutterlaugenfiltrats und des Waschfiltrats mit einem Abbemat 300 von Anton Paar bei 23°C bestimmt. Zur Umrechnung der (online) ermittelten Brechungsindices in NaCl Konzentrationen und Massen wurde eine Kalibriergerade mit dem offline Refraktometer aufgenommen.

Als Modellpartikel wurden gewaschene SiLibeads Glaskugeln Typ S 0-50 mhi (bezogen von Sigmund Lindner GmbH) verwendet. Die Feststoffkonzentration betrug 400 g/kg. Als Verunreinigung wurde NaCl in einer Konzentration von 200 g/kg verwendet. Die aufgegebene Suspensionsmenge betrug ca. lOOOg, d.h. l20g NaCl wurden als gelöste Verunreinigung ins System gegeben. Für die Wäsche wurden 1192 g Reinstwasser verwendet (entspricht einem Waschverhältnis von 4,3 1 Wasser/ 1 tr. Filterkuchen), um einen sehr sauberen Filterkuchen zu erhalten.

Getrockneter Filterkuchen wurde in Reinstwasser resuspendiert und ausgerührt. Nach Zentrifugation, wurde der Brechungsindex im Überstand bestimmt. Dieser entsprach dem Wert von Wasser. Zusätzlich wurde im Überstand freies Cl mit Hilfe eines Küvettentests zu 0 bestimmt. Das heißt der gewaschene Filterkuchen enthielt in diesem Beispiel kein NaCl. iii. Versuchsauswertung:

• Online Analytik: qualitative Auswertung

Bei der parallelen Aufnahme von Filtratmasse und Brechungsindex wird im Versuch der Verlauf gemäß Figur 4 beobachtet:

Die Filtratmasse nimmt während der Filtration und Wäsche zu bevor sie während der Entfeuchtung des Filterkuchens am Versuchsende konstant bleibt. Der Brechungsindex bleibt während der Filtration konstant, da nur Mutterlauge den Filterkuchen verlässt. Bei der anschließenden Wäsche nimmt der Brechungsindex vom Wert der Mutterlauge auf den Wert des reinen Waschmediums ab.

Wird der Plateauwert des annähernd reinen Waschmediums erreicht, kann davon ausgegangen werden, dass der Filterkuchen durch die Verdrängungs wäsche nicht weiter ausgewaschen werden kann. D.h. für eine weitere Aufreinigung muss - eine andere Waschstrategie wie z.B. Anmaischwäsche - geprüft werden. Ändert sich der Wert des Brechungsindex nicht mehr, kann die Wäsche beendet werden.

Werden die obigen Daten auf das Waschverhältnis bezogen, kann direkt die nötige Menge Waschmedium ermittelt werden (s. nachfolgende Beschreibung).

In Figur 5 ist der Verlauf des Brechungsindex (RI) über das Waschverhältnis dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der konstante Messwert des Mutterlaugenfiltrats durch die zunehmende Wassermenge herabgesetzt wird. Am Ende der Wäsche wird ein Plateauwert erreicht.

Die Abnahme des RI und das Einpendeln auf einen konstanten Wert zeigt an, dass kein weiterer Wascheffekt mehr zu erzielen ist. D.h. auch mit größeren Waschverhältnissen wird der Auswascheffekt des Filterkuchens nicht weiter verbessert. Diese rein qualitative Auswertung kann dazu genutzt werden, die Wäsche in diesem Beispiel bei einem Waschverhältnis von 1,5 zu beenden. Dies spart direkt Zeit und Kosten für Waschmedium. Durch die Aufnahme solcher Daten im Betrieb kann eine ausreichende Datengrundlage für Optimierungen hinsichtlich Waschzeit und Waschmediumverbrauch getroffen werden.

Eine quantitative Auswertung kann bei realen Produkten mit größerem Aufwand erfolgen. Für das Modellprodukt wird diese im Folgenden dargelegt. Online Analytik: quantitative Auswertung

Für die quantitative Auswertung der online Messdaten wird die Auftragung des RI und der

Filtratmasse über die Zeit für Filtration und Wäsche gewählt (s. Figur 5). Für jeden Zeitabschnitt kann die Filtratmasse und NaCl Masse aus den aufgenommenen Daten über eine Kalibriergerade NaCl Konzentration-Brechungsindex berechnet werden.

Alternativ kann auch eine Integration der Kurve wie folgt durchgeführt werden:

Die Fläche unter der Kurve kann anhand der Trapezregel bestimmt werden, so dass für jeden Zeitabschnitt die bezogene Fläche in s*g/kg ermittelt werden kann:

Fläche im Zeitabschnitt: A ₁ = 0,5 * ( t ₁ — t ₀ ) * c _{NaCl l} — c _{NaCi Q} ) Durch Bezug auf das Zeitintervall und die in diesem Zeitintervall aufgenommene Filtratmasse, kann die Masse NaCl im Zeitintervall bestimmt werden (s. Tabelle 1 und 2).

Summe NaCI Filtration: 83 g

Tabelle 1 : Integration der Messdaten für Filtration

Summe NaCI Wäsche: 33g

Tabelle 2: Integration der Messdaten für Wäsche Werden alle Massen NaCl aus den einzelnen Abschnitten addiert - also die Messkurven integriert ergibt sich die ausgewaschene Masse NaCl im gesamten Versuch. Diese beläuft sich in diesem Beispiel auf 116 g NaCl, was einer Abweichung von ca. 3% von der eingesetzten Menge NaCl entspricht.

Massenbilanz aus offline Bestimmungen:

Um die Massenbilanz aus den online Messungen zu überprüfen, wurden die Filtratmassen und die Brechungsindices in den gesammelten Filtraten bestimmt. Hieraus lässt sich eine Massenbilanz berechnen. Im dargestellten Versuch wurden 120 g NaCl eingesetzt. Es wurden 414 g Mutterlaugenfiltrat mit einer Konzentration von 200 g/kg NaCl und 1347 g Waschfiltrat mit einer Konzentration von 24 g/kg NaCl aufgefangen. Daraus ergeben sich 83 g NaCl gelöst im Mutterlaugenfiltrat und 32 g NaCl gelöst im Waschfiltrat. Da im Filterkuchen kein NaCl nachzuweisen war, konnten 115g NaCl in den Filtraten messtechnisch wiedergefunden werden.

• Aussagen zu Qualität der durchgeführten Wäsche Der Brechungsindex nimmt während der Wäsche vom (Anfangs-) Wert der Mutterlauge auf einen niedrigeren (Plateau)wert am Ende der Wäsche ab. Die Kurve fällt damit mit einer bestimmten Steigung. Ändert sich diese Steigung, kann daraus auf die Qualität der Wäsche geschlossen werden.

Im Folgenden wird ein Beispiel mit dem oben beschriebenen Modellsystem dargelegt: In die aufgegebene Suspension wurden Stäbe gesteckt, um künstlich Kanäle im Filterkuchen zu erzeugen. Der Filterkuchen wurde nach der Mutterlaugenfiltration entfeuchtet (Figur 6A). Abbildung 7 zeigt den Verlauf und insbesondere den Wiederanstieg des Brechungsindex. Dies lässt darauf schließen, dass die Waschfront nicht homogen durch den Filterkuchen verläuft, sondern sich Unstetigkeiten - hier Kanäle - gebildet haben. Dies würde man allein durch eine visuelle Inspektion des Filterkuchens nach der Wäsche nicht erkennen, wie in Figur 6B zu erkennen ist. Hier können bei einer Inspektion des Filterkuchens von oben, wie es technisch möglich ist, keine Risse, Kanäle, etc. erkannt werden, die sich im Inneren des Filterkuchens verbergen. Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 : Schematische Darstellung einer Drucknutsche

1 Drucknutsche, 2 Filterkuchen, 3 Messgerät (z.B. Beispiel RI)

Fig. 2: Trenddarstellung des Messwertes (RI) über die Zeit (t) unterteilt in Prozessphasen:

A- Verdrängung der Mutterlauge , B- Zwischenbereich , C- Zugelassener Bereich, D- Diffüsionsbereich , E- Ende des Wascheffekts.

Fig. 3: Vergleich Brechungsindex (□) und Summe der Nebenkomponenten (o) für das Produkt Sivanto. Der Brechungsindex von reinem Butanol beträgt bei 20°C 1,39932. (Beispiel A).

Fig. 4: Filtratmasse M (o) und Brechungsindex RI (■) als Funktion der Zeit t. Bereich 1 : Filtration; Bereich 2:Wäsche.

Fig. 5: NaCl Konzentration (■) und Brechungsindex RI (o) als Funktion des W aschverhältnisses .

Fig. 6A: Filterkuchen mit Kanälen, entfeuchtet nach Mutterlaugenfiltration.

Fig. 6B: Filterkuchen nach mechanischer Entfeuchtung nach Wäsche.

Fig. 7:□ Masse (M) und · Brechungsindex (RI) als Funktion der Zeit (t).

Fig. 8: Blockdiagramm zum Verfahren zur Kontrolle des Waschvorgangs

1 - Input von Messdaten

2 - Berechnung der ersten Ableitung

3 - Erste Ableitung > 0 oder größer als ein vordefinierter Wert?

4 - Ende des Waschvorgangs

5 - Fehlermeldung

6 - Erste Ableitung innerhalb eines vordefinierten Bereichs C?

7 - Berechnung der durchschnittlichen Steigung und Variabilität (Schritte e-g)

8 - Durchschnittliche Steigung und Variabilität innerhalb der vordefinierten Bereiche?