DE102010060131A1

DE102010060131A1 - Anordnung und Verfahren zur Erfassung des räumlichen Geschwindigkeitsprofils

Info

Publication number: DE102010060131A1
Application number: DE102010060131A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hampel Uwe; Sebastian Reinicke
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-04-26

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Anordnung zur Bestimmung des dreidimensionalen räumlichen Geschwindigkeitsprofils rheologischer Medien, wobei die Anordnung in einem Prozessbehälter untergebracht ist und aus im Prozessbehälter drehbar und beweglich angeordneten Messlanzen mit mindestens einer Detektoreinheit besteht. In das Prozessmedium eingebrachte Tracer werden von den Detektoren erfasst und die gemessenen Signale zur Bestimmung des räumlichen Geschwindigkeitsprofiles herangezogen. Die für die Geschwindigkeitsprofilmessung benutzten Tracer können im Anschluss für die Bestimmung des Verweilzeitspektrums des Prozessgemischs im Prozessbehälter verwendet werden.

Description

Technisches Anwendungsgebiet:
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung des räumlichen Geschwindigkeitsprofils und des Verweilzeitspektrums von rheologischen Medien in technischen Prozessen, speziell in groß skaligen Reaktoren und in Biogasfermentern. Weiterhin wird das Verfahren für die Verwendung dieser Anordnungen beschrieben.
Über das räumliche Geschwindigkeitsprofil in Reaktorbehältern, wie sie in der Chemie-, Umwelt-, Bio- und Energieverfahrenstechnik betrieben werden, lassen sich direkt Informationen über die Strömungsverhältnisse im Prozess und damit über die Effektivität und die lokale Wirkung der verwendeten Rühreinrichtungen ableiten.
Das Verweilzeitspektrum der Prozessmedien in Reaktoren ist eine stark aussagekräftige Messgröße, welche Rückschlüsse auf die Effizienz der gesamten Anlage erlaubt. Mit Hilfe des globalen Verweilzeitspektrums können zum Beispiel Aussagen über den Grad der Vermischung, die mittlere Verweilzeit der Substanzen und vorhandene Totzonen oder Kurzschlussströmungen getroffen werden.
Stand der Technik
Bekannte Verfahren zur Erfassung räumlicher Geschwindigkeitsprofile können in nicht-invasive und invasive Verfahren eingeteilt werden. Nicht-invasive optische Verfahren wie 3D-Particle-Image-Velocimetry (PIV) oder Videometrie sind wegen der Beschaffenheit der Prozessmedien (Opazität und Inhomogenität) meist nicht anwendbar. Strahlungsbasierte Verfahren wie 3D-Prozesstomographie (Positronen-Emissions-Tomographie, Röntgentomographie oder Gamma-Computpertomographie) sind auf Grund der Baugröße der Reaktoren ungeeignet.
Invasive Messverfahren wie Impedanznadelsonden DE 10 2005 046 662 B3 und Leitfähigkeitsgittersensoren DE 19 649 011 A1 , EP 1 990 612 B1 messen lokal bzw. in einem stark begrenzten Ortsbereich und sind damit nicht für eine räumliche Erfassung im großtechnischen Maßstab geeignet. Zudem ist bei den zuletzt genannten elektrischen Verfahren die Geschwindigkeitsmessung an vorhandene Phasenübergänge (Flüssig-Gas) bzw. Kontraste der elektrischen Impedanz in einer Phase gebunden, was nicht in jedem Prozess dauerhaft gewährleistet ist. Weiterhin besteht bei diesen invasiven Techniken auf Grund der Größe und des Aufbaus der Messgeräte die Gefahr der Beschädigung oder des Zusetzens durch vorhandene Feststoffanteile im Prozessmedium. In EP 2 028 474 B1 wird auf die Erfassung der Geschwindigkeit von metallischen Tracerpartikeln in einem Rohrquerschnitt eingegangen, jedoch wird die Erfassung der räumlichen Geschwindigkeitsverteilung im Reaktor selbst nicht berücksichtigt.
Bekannte Methoden zur Erfassung von Verweilzeitspektren basieren auf chemischen, biologischen und physikalischen Eigenschaften von Tracern, wie zum Beispiel Salze. Deren Detektion bedarf eine manuelle Probennahme an der Messstelle des Reaktors mit anschließender Analyse zur Konzentrationsbestimmung im Labor, was neben dem hohen personellen Aufwand zu zeitlichen Verzögerungen des Messergebnisses führt. Weiterhin ist die Datendichte durch die Intervalle der Probennahme bestimmt, die aus Kostengründen meist verhältnismäßig lang gewählt werden. Zur Online-Erfassung von Farb- und Fluoreszenstracern wie Rodamin oder Uranin ist neben einem optischen Zugang zur Messstelle auch die ausreichende optische Klarheit des Prozessmediums eine Voraussetzung, die in der überwiegenden Anzahl der Prozesse nicht gegeben ist. Die Verwendung von Radiotracern ist auf Grund des sicherheitstechnischen Aspektes bedenklich und wegen einer möglichen negativen Beeinflussung biochemischer Prozesse in Reaktoren nicht erwünscht. Zu den Nachteilen der oben genannten Methoden kommt hinzu, dass mit ihnen die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit im großtechnischen Maßstab eines Reaktors nur sehr schwer und mit hohem technischem Aufwand möglich ist.
Mit der Anwendung von ferromagnetischen oder magnetischen Tracern und einem geeigneten elektrischen Detektionsprinzip wird die automatische ereignisabhängige Online-Erfassung des Verweilzeitspektrums und der Geschwindigkeit des Tracers ermöglicht. Beispielhafte Verfahren zur lokalen Erfassung magnetischer Tracer sind in EP 2 028 474 B1 , DE 2 029 337 oder WO 2004 104 561 A1 offengelegt. Dabei wird auf Anwendungen eingegangen, bei denen Partikelgrößen im Submillimeterbereich in eher kleinen Rohrquerschnitten unter 100 mm zur Detektion herangezogen werden. Bei der Anwendung in großtechnischen Reaktoren ist eine Detektion in Rohrquerschnitten von bis zu 1000 mm nötig. Zudem kommt es durch die großen Reaktorvolumina zu einer starken Verdünnung der Tracer. Zur Messung von Verweilzeitspektren an großtechnischen Reaktoren ist also die Erfassung von sehr geringen Tracerkonzentrationen bis hin zur Einzeldetektion von Partikeln in großen Rohrquerschnitten erforderlich. Weiterhin wird bei den genannten Verfahren auf die Anwendung in hinreichend homogenen rheologischen Prozessmedien wie Schmierölen, Kunststoffschmelzen oder Anilin eingegangen. Die Detektion in elektrisch hochleitfähigen und stark inhomogenen Medien wurde bisher nicht näher berücksichtigt.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Mit Erfindung gelöste Aufgaben
Aufgabe der Erfindung ist es eine Anordnung zur Erfassung des dreidimensionalen räumlichen Geschwindigkeitsprofils rheologischer Medien in technologischen Prozessen, speziell für großskalige Prozessbehälter, anzugeben, die die oben genannten Nachteile bekannter Lösungen vermeidet und in einem weiten und vor allem sicherungsrelevanten Anwendungsbereich, insbesondere hinsichtlich der Zusammensetzung und der Eigenschaften des Prozessmediums, derer Strömungsgeschwindigkeiten und der verwendeten Anlagentechnik der Reaktoren (Prozessbehälter), verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe der Verwendung dieser Anordnung zur Erfassung des räumlichen Geschwindigkeitsprofils und zur weiteren optionalen Erfassung des Verweilzeitspektrums angegeben.
Technischer Lösungsweg
Die Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 beschriebene Anordnung und der Verwendung dieser Anordnung gemäß dem Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Verwendung von Tracern, die dem Prozess zugefügt werden. Diese Tracer bewegen sich störungsfrei mit dem Prozessmedium. Kontinuierlich werden an den Messstellen im Medium die Tracer ereignisorientiert erfasst.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem oder mehreren Detektoreinheiten, die an einer oder mehreren Messlanzen angeordnet sind, wobei die Messlanzen beweglich angeordnet sind. Bei der Verwendung von mehreren Detektoreinheiten an einer Messlanze ist eine gleichzeitige Auswertung in einer räumlichen Koordinate möglich.
Vorteilhafte Wirkung
Die Verwendung einer oder mehrerer beweglichen Messlanzen ermöglicht eine verteilte Messung der lokalen Geschwindigkeitsvektoren im Prozessbehälter. Durch Fusion der sequentiell mit der Lanze erhobenen Geschwindigkeitsdaten wird das dreidimensionale Strömungsprofil des Prozessbehälters abgebildet. Der bisherige Stand der Technik ermöglicht nur die ein- bzw. zweidimensionale Messung in Rohrquerschnitten oder groß skaligen Reaktoren. Durch die Beweglichkeit der einzelnen Messlanze wird der technische Installationsaufwand im Reaktor gering gehalten. Diese Messung kann durch die Nutzung der Tracer mit einer nachgeschalteten Verweilzeitmessung am Austritt des Reaktors kombiniert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
zeigt den prinzipiellen Aufbau am Beispiel eines zylindrischen Prozessbehälters mit einem Rührwerk.
zeigt die prinzipielle Ausführungsvariante mit mehreren Messlanzen.
zeigt die Ausführungsvariante mit einer Detektoreinheit und einer Messlanze.
zeigt den Aufbau einer Detektoreinheit.
zeigt mögliche Anordnungen der Detektoreinheit an einer Messlanze.
stellt das Koordinatensystem für den Prozessbehälter dar.
zeigt den prinzipiellen Aufbau bei Verwendung von flächigen Detektorelementen an einer Messlanze in Verbindung mit dem gemessenen Ergebnis.
zeigt den prinzipiellen Aufbau bei Verwendung von Flüssigkeitstracern an flächigen Detektorelementen.
Beschreibung der Ausführungsarten
Anordnung
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer oder mehreren Messlanzen 4, die in das zu untersuchende Medium im Prozessbehälter 1 eingetaucht werden. Entlang der Messlanze 4 sind mehrere Detektoreinheiten 5 ... 9 in definierten Abständen montiert.
Die Messlanze 4 ist mit einem Ende an einer Verfahreinrichtung befestigt. Mit Hilfe dieser Verfahreinrichtung kann die Messlanze 4 in radialer Richtung r, in Umfangsrichtung im Reaktor Φ und/oder zusätzlich in Eintauchrichtung h entweder über einen manuellen Antrieb oder über Elektromotoren bewegt werden.
In einer erfindungsgemäßen Anordnung bestehen die an der Messlanze angebrachten Detektoreinheiten 5 ... 9 aus mindestens einem Detektor 25, 26, 27 und sind mit einer Auswerteeinheit (Computer) verbunden. Die Verbindung zwischen Detektor bzw. Detektoreinheit und Auswerteeinheit kann mit Kabeln und/oder kabellos erfolgen, wobei im letzteren Fall noch Signale außerhalb vom Prozessbehälter auswertbar sein müssen und unter Umständen entsprechende Sicherheitsanforderungen, wie Explosionsschutz, zu beachten sind.
Die Detektoreinheit 5 ... 9 kann drehbar an der Messlanze 4 angeordnet sein. Dies ist sinnvoll, wenn weniger als drei Detektoren verwendet werden.
Die Messlanze 4 selbst kann zusätzlich in sich drehbar an einer Verfahreinrichtung 10 befestigt werden. In diesem Fall ändern sich die Koordinaten (r, Φ, h) der Messlanze im Bezug auf den Prozessbehälter nicht, aber die Lage der Detektoreneinheiten an der Messlanze ändert sich. Um eine optimale dreidimensionale Messung durchführen zu können, sind drei Detektoren orthogonal als eine Detektoreinheit an der Messlanze befestigt. In diesem Fall ist eine Drehung der Detektoreinheit an der Messlanze nicht notwendig.
Die Verbindungskabel werden bei einer erfindungsgemäßen Anordnung an der Messlanze und der Verfahreinrichtung entlang geführt. Bei einer weiteren vorteilhaften Anordnung werden die Kabel im Inneren der Messlanze geführt, wobei das Hängenbleiben von Stoffen, die im Prozessbehälter sich bewegen, ausgeschlossen wird. Ein Verdrehen der Kabel ist durch entsprechende Steuerung der Bewegung und Führung der Kabel auszuschließen.
Der einzelne Detektor selbst ist so aufgebaut, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit in allen Richtungskomponenten (v_r, v_ϕ, v_h) erfasst wird. An jeder Detektorposition 5 ... 9 der Lanze werden drei orthogonale Spulenanordnungen entlang der drei Raumachsen angebracht. Jede dieser Spulenanordnung wird um einen Rohrabschnitt mit einem sehr viel kleineren Durchmesser d als dem Prozessbehälter (2r) angebracht und vor dem Prozessmedium geschützt. Der Durchmesser des Rohrabschnitts bzw. des Detektors muss groß genug sein, damit sich feste Schwebstoffe nicht darin hängen bleiben oder den Detektor beschädigen.
In einer weiteren Ausführungsform werden flächige Detektoreinheiten, wie der Oberflächensensoren verwendet. Dazu sind zwei orthogonal zueinander angeordnete Sensoren oder ein drehbarer Sensor zu verwenden, um den Strömungsvektor lokal vollständig zu erfassen. Bei der flächigen Anordnung werden zwei Detektoren nebeneinander angeordnet (vgl. ) oder nebeneinander und zueinander versetzt angeordnet. Sollen Flüssigkeitstracer bestimmt werden und würde sich der Flüssigkeitstracer mit dem Prozessmedium vermischen, ist es sinnvoll, den Flüssigkeitstracer in der Nähe der Detektoren zu injizieren. In diesem Fall kann die Anordnung aus einer Anregungselektrode bestehen, in deren Nähe, vorzugsweise in deren Mittelpunkt der Flüssigkeitstracer in das Prozessmedium injiziert wird. Um diese Anregungselektrode werden mehrere Sensoren in einem festen Abstand und in mit einem gleichen Winkel zu einander angeordnet.
Die Verwendung nur einer Detektoreinheit 5 ist möglich. Um damit ein Geschwindigkeitsprofil erstellen zu können muss dieser Detektoreinheit beweglich an der Lanze angebracht sein und gleichzeitig muss sich die Messlanze in zeitlich definierten Intervallen im Raum bewegen.
Verfahren
Zur lokalen Geschwindigkeitsmessung an den Detektoren 5 ... 9 können verschiedene Tracer verwendet werden.
Im laufenden Prozessbetrieb wird eine definierte Menge der Tracer 13 mit dem Prozessgemisch oder gemeinsam mit einzelnen Eingangsstoffen, z. B. Edukte (Substraten bei Biogasfermentern), durch den Zulauf 2 in den Prozessbehälter eingebracht. Der Zeitpunkt der Tracerzugabe wird für die Messung als zeitlicher Bezugspunkt t = 0 s definiert. Dabei ist es wichtig, dass die Tracer in der Vorlage möglichst homogen verteilt sind und diese in einer möglichst kurzen Zeit eingebracht wird, um eine impulsförmige Tracerzugabe zu erhalten. Ist dies nicht realisierbar, empfiehlt es sich die zeitliche Verlauf der Tracerzugabe zu erfasst. Dies kann entweder über einen zusätzlichen Detektor am Zulauf oder bei homogener Vermischung der Vorlage über eine definierte Zeitvorgabe der Beschickung (Pumpe oder Schneckenförderwerk) erfolgen. Anhand der individuellen Tracerfunktion kann später aus dem gemessenen Verweilzeitspektrum die normierte Impulsantwort als Summen- bzw. Konzentrationskurve bestimmt werden.
Erfindungsgemäß kommen einmal Tracer verwendet werden, die auf induktive Messverfahren ansprechen, wie aus ferromagnetischen Stoffen bestehende, enthaltende oder ummantelte Tracer. Wirbelstrombasierte induktiven Messverfahren oder kombinierten induktiven Näherungssonden bestimmen die Art des verwendeten Tracers. Die Tracer müssen eine Stokezahl kleiner 1 haben, damit diese sich nicht zu träge im Prozessmedium bewegen. Da die Durchmesser der Detektoren sehr viel kleiner als der Durchmesser des Prozessbehälters ist, können Tracer mit einer Größe kleiner als 7 mm verwendet werden. Der Durchmesser des Detektors und die Größe der Tracer sind linear proportional.
Als alternative Variante zur Geschwindigkeitsmessung über Metalltracer können Flüssigtracer wie Deionat oder NaCl-Lösung verwendet werden. Diese können durch elektrische Oberflächensensoren oder flächig angeordnete Streulichtsensoren erfasst werden. Auf Grund des Verdünnungseffektes ist dieser vorteilhafter lokal in der Nähe der Detektoren zu injizieren. Eine mögliche Anordnung ist in angegeben.
Die Tracer werden mit dem umgebenden Prozessmedium im Reaktor verteilt und repräsentieren die vorherrschenden Strömungen. Bei der Passage der Tracerpartikel durch die Detektoren an der positionierten Messlanze, werden die lokalen Geschwindigkeitsvektoren (v_n, v_Φi, v_hi mit i = 1 ... N) erfasst und zusammen mit einem Zeitstempel und den Positionsdaten Radius r, Drehwinkel Φ und Höhe h abgespeichert. Dies wird für jede zu erfassende Stützstelle im Prozessbehälter (r_i, Φ_i, h_i) wiederholt. Auf diese Weise werden N Stützstellen für das Geschwindigkeitsfeld des Reaktors erfasst. Durch dreidimensionale Interpolation zwischen den gemessenen Feldpunkten kann das Geschwindigkeitsfeld dann auch für die nicht vermessenen Räume bestimmt werden.
Optionale Verweilzeitbestimmung
Am Austritt 3 des Prozessbehälters, werden die Partikel dann von einem nachgeschalteten Detektor 11 im Rohrquerschnitt erfasst. Jedem detektiertem Partikel wird ein Zeitstempel zugeordnet, wodurch ein Verweilzeitspektrum mit ereignisabhängiger Zeitauflösung gebildet wird. Dadurch wird die Datendichte des Verweilzeitspektrums automatisch an zeitliche Veränderungen der Tracerkonzentration angepasst.
Zur Erfassung der Verweilzeit der metallbasierten Tracer wird ein Verweilzeitdetektor 11 am Rohrquerschnitt des Reaktoraustritts 3, der meist als Tauchrohr mit horizontalem Überlauf realisiert ist, verwendet. Der Verweilzeitdetektor 11 besteht aus einer Spulenanordnung, die vor allem für große Rohrquerschnitte > 100 mm bis 1000 mm verwendet werden kann. Die den Austritt 3 passierenden Tracer werden von der Spulenanordnung erfasst und das resultierende Messsignal in Echtzeit ausgewertet. Hierbei wird jedes Tracerpartikel inklusiver eventuell parallel passierender Tracer mit einem individuellen Zeitstempel berücksichtigt. Das Verweilzeitspektrum kann damit direkt automatisiert erfasst werden, wodurch aufwendige Laboranalysen entfallen. Durch die Erfassung jedes Tracers am Austritt wird die Datendichte des Verweilzeitspektrums gegenüber herkömmlichen Methoden zur Verweilzeiterfassung erhöht. Schwankungen des Füllstandes im Rohr haben auf Grund der niedrigen Frequenz des Trägersignales einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Messsignal. Die Größe des Abstandes bestimmt sich durch die Art und Größe der verwendeten Tracer.
Wenn die auf ferromagnetischen Stoffen basierende Tracer den Detektor 11 passiert haben, können diese durch einen elektromagnetischen Filter 12 vom Prozessmedium getrennt und zurück gewonnen werden.
Erzeugte Vorteile oder Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik:
Ein Hauptvorteil ist der geringe Instrumentierungs- und Installationsaufwand bei Verwendung beweglicher Messlanzen gegenüber einer Vielzahl fest im Prozessbehälter vorhandenen Messgeräte und die Erfassung eines räumlichen Strömungsprofiles. Die lokale Geschwindigkeit kann bei fester Positionierung einer Messlanze ermittelt werden.
Ein weiterer Vorteil ist die mögliche online-Erfassung des Verweilzeitspektrums ohne notwendige Probenentnahme am Ausgang des Prozessbehälters und anschließender Laboranalyse. Die Datendichte des Verweilzeitspektrums ist ereignisorientiert, und damit können präzisere Korrelationen zu Verweilzeitmodellen als bei den auf Probennahme basierten Messmethoden mit festen und meist langen Messintervallen erzielt werden.
Die Verwendung von Tracern mit unterschiedlicher Partikelgröße ermöglicht eine getrennte Bestimmung.
Die Ermittlung mehrerer gleichzeitig den Detektor passierender Partikel durch entsprechende Signalanalyse (multiple Schwellwerte und/oder lokale Maxima) ist möglich.
Bei der Verwendung von diskreten Tracern können diese am Ausgang aus dem Prozessmedium gefiltert und zurück gewonnen werden. Die diskreten Metallpartikel sind chemisch inert und unterliegen keinem Verdünnungseffekt wie andere Tracer. Daher können sie auch einzeln zum Verweilzeitspektrum beitragen. Das Trägersignal ist niederfrequent, vorzugsweise mit Frequenzen unter 10 kHz, damit die Messung nicht durch Inhomogenitäten in den Prozessmedien und Füllstandsschwankungen im Detektorquerschnitt gestört wird.
Vorteilhafte weitere Ausführungsformen:
Durch Modifikation der Messlanzentechnologie, ist auch eine stationäre Erfassung der lokalen Geschwindigkeit durch fest installierte Lanzen möglich. Dies ist besonders bei der Messung nahe den Aktionsradien von Rührwerken oder in potentiellen Totzonen/Kurzschlussströmungen denkbar.

Die Ausgestaltung der lokalen Geschwindigkeitsmessung kann alternativ zur Metalldetektion auch über Flüssigtracer und elektrische Oberflächen- oder Streulichtsensoren erfolgen Eine Abwandlung des Gittersensors ist der Oberflächenleitfähigkeitssensor, der in Verbindung mit einem lokal injizierten Flüssigtracer (Deionat) für eine lokale Geschwindigkeitsmessung geeignet wäre. Gleichermaßen können optische Streulichtsensoren lokal eingesetzt werden. Liste der Bezugszeichen

1	Reaktorbehälter
2	Zulauf mit Vorlage und Zulauf am Behälterboden
3	Ablauf/Austritt
4	Messlanze mit Detektoreinheiten
5, 6, 7, 8, 9	lokale Detektoreinheiten
10	Verfahreinheit mit Gestänge
11	Verweilzeitdetektor am Austritt
12	Filter für Tracer
13	Tracer
15, 16, 17	Messlanze mit Detektoreinheiten
20	Rühreinheit
25, 26, 27	Detektoren für die drei Raumachsen
28	Halterung für die Detektoren an der Messlanze (4)
S_i mit i = 1 ... 10	Detektoren auf der Flächendetektoreinheit
I_i mit i = 1 ... 3	Injektionsdüsen
A_i mit i = 1 ... 3	Anregungselektroden
E_i mit i = 1 ... 8	Empfangselektroden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005046662 B3 [0005]
DE 19649011 A1 [0005]
EP 1990612 B1 [0005]
EP 2028474 B1 [0005, 0007]
DE 2029337 [0007]
WO 2004104561 A1 [0007]

Claims

Anordnung zur Bestimmung des räumlichen Geschwindigkeitsprofils rheologischer Medien, die sich in einem Prozessbehälter befinden, dadurch gekennzeichnet, dass a. in den Prozessbehälter 1 mindestens eine Messlanze 4 mit mindestens einer lokalen Detektoreinheit 5, die mit einer externen Auswerteeinrichtung verbunden sind, eingebracht ist und b. diese Messlanze(n) 4 im dreidimensionalen Raum des Prozessbehälters bewegt werden können.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlanze 4 zusätzlich beweglich um ihre eigene Achse ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung einer Messlanze 4 auf Verfahreinheiten 10 manuell oder mit Hilfe einer Steuerung erfolgt.
Lokale Detektoreinheit 5 zur Verwendung in der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit den lokalen Geschwindigkeitsvektor erfassen kann, indem diese a. aus mindestens drei angeordneten Einzeldetektoren, wobei diese vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet sind, oder b. einem Detektor, der in drei Raumachsen beweglich angeordnet ist, oder c. aus mindestens zwei angeordneten Einzeldetektoren aufgebaut ist, die vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet sind, und die beiden Einzeldetektoren beweglich im Raum angeordnet sind.
Lokaler Detektoreinheit 5 zur Verwendung in der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit aus einer flächigen Einheit besteht, auf der im zweidimensionalen Raum mehrere Detektoren in mindestens zwei Spalten nebeneinander oder nebeneinander und teilweise zueinander versetzt angeordnet sind.
Lokaler Detektoreinheit 5 zur Verwendung in der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit aus einer flächigen Oberfläche aufgebracht sind, auf der um eine Anregungselektrode mehrere Empfangselektroden angeordnet sind, und in der Nahe der Anregungselektrode, vorzugsweise in deren Mittelpunkt, der Tracer in das Prozessmedium injiziert wird.
Verfahren zur Erfassung räumlicher Geschwindigkeitsprofile unter Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und lokaler Detektoren nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. es werden Tracer zu einem festen Zeitpunkt t₀ oder innerhalb eines Zeitintervalls zum Prozessmedium zu gegeben, b. die Tracer bewegen sich in dem Prozessmedium und werden von den im Prozessmedium befindlichen Detektoren erkannt und die Position der Detektoren wird im Prozessmedium wird mitgespeichert, c. da die Detektoren mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, wird das Signal an diese gesendet und dann ausgewertet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlanze 4 zu einem anderen Punkt auf der Verfahreinheit 10 zum Zeitpunkt t_φv bewegt wird, und die Messung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Messlanze 4 zum Zeitpunkt t_h in der Höhe verändert wird und die Messung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messlanze 4 zum Zeitpunkt t_M um ihre Längsachse gedreht wird, und die Messung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbar geladerte Detektoreinheit 5 ... 9 zum Zeitpunkt t_Φ an der Messlanze 4 gedreht wird, und die Messung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder eine oder alle Detektoren i der Detektoreinheit einzeln für sich im Raum gedreht werden und die Messung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Messlanze ein Tracer, vorzugsweise ein Flüssigkeitstracer, in das Prozessmedium injiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei im Anschluss an die Bestimmung des Geschwindigkeitsprofils am Ausgang des Prozessbehälters das Verweilzeitspektrum mit den Tracern zur Bestimmung des Geschwindigkeitsprofils ermittelt werden kann, indem die Tracer beim Passieren des Ausgangs gezählt werden.