DE3319922C2

DE3319922C2 -

Info

Publication number: DE3319922C2
Application number: DE19833319922
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. 5060 Bergisch Gladbach De Koglin; Joachim Dr. 5000 Koeln De Wagner
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1989-06-08
Also published as: DE3319922A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung von Prozessen, an denen eine disperse Phase beteiligt ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a control method of processes in which a disperse phase is involved. The invention also relates to a device for Performing this procedure.

Viele chemische Produkte durchlaufen während ihrer Herstellung eine disperse Phase (Vorprodukt) oder kommen sogar als Dispersion in den Handel. Eine disperse Phase in Form eines Vorproduktes liegt z. B. vor, wenn aus einer Lösung durch Überschreiten des Löslichkeitsproduktes eine Komponente ausgefällt wird. Ein weiteres typisches Beispiel sind Polymerisationsprozesse, bei denen die Ausgangsprodukte bekanntlich in Form einer Suspension oder Emulsion vorliegen. Typische Beispiele für Fertigprodukte die aus einer Dispersion bestehen, sind kosmetische oder pharmazeutische Produkte, die in Form von Cremes, Salben oder Lotionen im Handel erhältlich sind. Many chemical products go through during their manufacture a disperse phase (preliminary product) or come even as a dispersion in the trade. A disperse phase is in the form of a preliminary product. B. before if from a solution by exceeding the solubility product a component fails. Another one Typical examples are polymerization processes in which the starting products are known to be in the form of a Suspension or emulsion are present. Typical examples for finished products consisting of a dispersion, are cosmetic or pharmaceutical products that are in Forms of creams, ointments or lotions commercially available are.

Die Eigenschaften einer Dispersion werden neben den physikalischen und chemischen Eigenschaften ihrer Bestandteile vor allem durch die Feinheit und die Konzentration der dispersen Phase bestimmt. Unter der "Feinheit" ist dabei die mittlere Teilchengröße und unter der "Konzentration" der Mengenanteil der Teilchen in der Dispersion zu verstehen. Der Ablauf von Prozessen, bei denen Dispersionen beteiligt sind, hängt von der Feinheit und der Konzentration der dispersen Phase ab. Zur optimalen Prozeßführung benötigt man daher Informationen über den aktuellen Zustand von Feinheit und Konzentration. Feinheit und Konzentration einer Dispersion bestimmen die Größe der Phasengrenzfläche und sind deshalb maßgebend für Reaktions- und Stoffaustauschprozesse. Darüber hinaus bestimmen Feinheit und Konzentration auch das rheologische Verhalten einer Dispersion.The properties of a dispersion are in addition to the physical and chemical properties of their components especially through the delicacy and concentration the disperse phase. Under the "Fineness" is the mean particle size and under the "concentration" the proportion of the particles to understand in the dispersion. The flow of processes, in which dispersions are involved depends on the fineness and the concentration of the disperse phase. Information is therefore required for optimal process control about the current state of delicacy and concentration. Fineness and concentration of a dispersion determine the size of the phase interface and are therefore decisive for reaction and mass transfer processes. In addition, fineness and concentration determine also the rheological behavior of a dispersion.

Zur verfahrenstechnischen Regelung von solchen Prozessen wurden bisher pauschale Meßgrößen, wie Dichte, Viskosität, Trübung oder elektrische Leitfähigkeit, herangezogen und als prozeßbestimmende Parameter zugrunde gelegt. Diese pauschalen Meßgrößen hängen zwar von der Feinheit und der Konzentration der Dispersion ab, der Zusammenhang ist jedoch in vielen Fällen nicht eindeutig, sondern wird durch Einflußgrößen mitbestimmt, die nicht erfaßt werden können. Ein darauf aufbauendes Regelverfahren führt dann zu nichtreproduzierbaren Ergebnissen und ist daher im Hinblick auf die Prozeßführung unbefriedigend. Bisherige Ansätze zur Weiterentwicklung der Partikelgrößenmeßtechnik zielen auf die Verbesserung der individuellen Meßverfahren hinsichtlich Meßgenauigkeit und -geschwindigkeit. Auf diese Weise wurden verschiedene On-line-Meßverfahren konzipiert und entwickelt, die aber jeweils nur eine der beiden notwendigen Eigenschaften (Partikelgröße oder Partikelkonzentration) schnell und genau zu bestimmen gestatten. Es wird also vorausgesetzt, daß jeweils die andere der beiden Größen bereits bekannt ist. So wird z. B. in der DE-OS 24 29 899 eine Meß- und Regeleinrichtung für die Konzentration einer Emulsion oder Suspension beschrieben, die auf der Messung der Ultraschallgeschwindigkeit in der Emulsion bzw. Suspension beruht. Die Partikelgröße der dispergierten Teilchen bleibt dabei unberücksichtigt. Zumindest werden darüber keine Aussagen gemacht. Bei veränderlicher Partikelgröße könnte die Konzentration nicht mehr eindeutig aus den Meßwerten ermittelt werden.For process control of such processes Up to now, general measurement parameters such as density, viscosity, Turbidity or electrical conductivity and used as process-determining parameters. These general measurements depend on the fineness and the concentration of the dispersion, the relationship is, however, in many cases not clear, but will determined by influencing factors that are not recorded can. A control procedure based on this leads then to non-reproducible results and is therefore unsatisfactory in terms of litigation. Previous approaches to the further development of particle size measurement technology aim at improving the individual measuring methods with regard to measuring accuracy and speed. In this way, different Conceived and developed on-line measuring methods but only one of the two necessary properties (Particle size or particle concentration) quickly and allow to determine exactly. So it is assumed that the other of the two sizes already exists is known. So z. B. in DE-OS 24 29 899 a Measuring and control device for the concentration of a Emulsion or suspension described on the measurement the ultrasound speed in the emulsion or Suspension is based. The particle size of the dispersed Particles are disregarded. At least no statements made about it. With variable particle size the concentration might no longer be clear can be determined from the measured values.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prozeßregelung zu entwickeln, die nicht mit pauschalen Meßwerten arbeitet, sondern direkt von der Partikelgröße und der Partikelkonzentration als Meßwerte ausgeht. Besonders wichtig ist dabei die meßtechnische Erfassung auch von sehr feinen Dispersionen (Partikelgrößenbereich 3 nm bis 3 µm) und hochkonzentrierten Dispersionen (Partikelvolumenkonzentration bis 80%).The invention has for its object a process control to develop that not with blanket measurements works, but directly from the particle size and the particle concentration as measured values. The metrological recording is particularly important also of very fine dispersions (particle size range 3 nm to 3 µm) and highly concentrated dispersions (Particle volume concentration up to 80%).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der dispersen Phase simultan die dynamische Lichtstreuung und die Ultraschallextinktion gemessen wird, daraus die Partikelkonzentration und die mittlere Partikelgröße bestimmt werden und der (die) prozeßbestimmende(n) Parameter in Abhängigkeit von der gemessenen Partikelkonzentration und Partikelgröße nachgeregelt werden. Unter einem "prozeßbestimmenden Parameter" wird dabei ein Verfahrensparameter verstanden, der die Partikelkonzentration und die Partikelgröße maßgeblich beeinflußt, wie z. B. die Temperatur, oder die Dosierung eines Reaktionspartners oder mechanische Maßnahmen bei der Dispergierung (Rührerleistung, Drehzahl des Dispergators) wenn eine Dispergierstufe vorgesehen ist. Das Verfahren beruht auf einer Kombination von zwei Meßmethoden, die bisher allenfalls einzeln und nur in einem kleinen Teilbereich des technisch relevanten Partikelgrößen- und Konzentrationsbereiches angewandt wurden.This object is achieved in that dynamic light scattering simultaneously on the disperse phase and the ultrasound extinction is measured, from this the particle concentration and the mean Particle size are determined and the process-determining (s) Parameters depending on the measured particle concentration and particle size can be adjusted. A "process-determining parameter" is used here understood a process parameter, the particle concentration and significantly influences the particle size, such as B. the temperature, or the dosage of a reactant or mechanical measures during dispersion (Stirrer power, speed of the disperser) if a dispersion stage is provided. The procedure is based on a combination of two measurement methods, the So far, at most individually and only in a small part of the technically relevant particle size and Concentration range were applied.

Die Regelung erfolgt vorzugsweise On-line; d. h. die der Partikelgröße und der Partikelkonzentration entsprechenden elektrischen Signale (Meßwerte) werden verstärkt und direkt dazu benutzt, den bzw. die prozeßbestimmenden Parameter so nachzuregeln, daß die gewünschten Sollwerte für die Partikelgröße und die Partikelkonzentration erreicht werden. Damit wird der technisch wichtige Schritt ermöglicht, daß die Regelung in den Reaktionsablauf im Sinne einer optimalen Prozeßführung eingreift.The regulation is preferably carried out on-line; d. H. the corresponding to the particle size and the particle concentration electrical signals (measured values) amplified and used directly to determine the process Readjust parameters so that the desired Target values for particle size and particle concentration can be achieved. This makes the technically important Step allows the regulation in the reaction process intervenes in the sense of optimal process control.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß ausThe device for performing the method exists according to the invention

a) a laser scattered light correlation spectrometer for Measurement of dynamic light scattering
b) one operated continuously or in pulsed mode Ultrasonic extinction measuring device
c) an evaluation circuit connected to the two measuring devices for determining the particle concentration c and average particle size d and their deviations Δ c and Δ d from predetermined target values c o , d o and
d) one or more actuators for setting the process-determining parameters in the sense of minimizing the deviations Δ c and Δ d .

Spezielle Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Special embodiments and further developments the invention are described in the subclaims.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:The following advantages are achieved with the invention:

1. Suitability for a very wide particle size range from 3 nm to 3 µm,
2. Suitability for a very wide particle volume concentration range from 0.01% to 80% so that no dilution of the examined samples required is
3. short measuring time (approx. 1 minute including automatic Evaluation),
4. non-reactive measurement, since it is a measuring method without annoying thermal or mechanical Load acts,
5. spatially small measuring probes, so that a compact Construction is possible
6. The control procedure can in principle also apply to flowing dispersions are used (flow cells).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Zunächst sollen die allgemeinen Grundlagen des Meß- und Regelprinzips näher erläutert werden.In the following the invention with reference to drawings and embodiments described in more detail. First are the general principles of the measurement and control principle are explained in more detail.

1. Principle of measurement

Die Methode der dynamischen Lichtstreuung beruht auf der Brownschen Bewegung der suspendierten Partikeln. Gemessen wird dazu die Fluktuationsfrequenz des vom Partikelkollektiv gestreuten Laserlichtfeldes (B. J. Berne und R. Pecora: Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics, Wiley-Interscience 1976). Da die Fluktuationsfrequenz nur im Bereich sehr geringer Konzentrationen unabhängig von der Partikelkonzentration ist, konnte die Methode der dynamischen Lichtstreuung bislang nur in diesem Bereich sehr geringer Partikelkonzentrationen angewandt werden.The method of dynamic light scattering is based on the Brownian motion of the suspended particles. Measured the fluctuation frequency of the particle collective scattered laser light field (B. J. Berne and R. Pecora: Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics, Wiley-Interscience 1976). Because the fluctuation frequency is only in the very range low concentrations regardless of the particle concentration is the method of dynamic So far, light scatter has been very low in this area Particle concentrations are applied.

Bei der Methode der Ultraschallextinktion wird die Extinktion von Ultraschallwellen aufgrund suspendierter Partikel zur Messung der Partikelgröße oder der Partikelkonzentration genutzt. Nur wenn eine dieser beiden Größen bekannt ist, kann die andere mit Hilfe der Ultraschallextinktion ermittelt werden (siehe z. B. K. Leschonski, W. Alex, B. Koglin: On line-Meßverfahren zur Teilchengrößenanalyse, Chemie-Ingenieur-Technik 47 (1975) 3, 97/100). With the method of ultrasonic extinction, the Absorbance of ultrasonic waves due to suspended Particles to measure particle size or concentration used. Only if one of these two Known sizes, the other can be done using ultrasound extinction be determined (see e.g. K. Leschonski, W. Alex, B. Koglin: On-line measurement method for particle size analysis, chemical engineering technology 47: 3: 97/100 (1975).

Bei dem hier vorgestellten neuen Verfahren beruht die Meßwertbildung darauf, daß die beiden Meßmethoden "Dynamische Lichtstreuung" und "Ultraschallextinktion", die auf physikalisch völlig verschiedenen Prinzipien beruhen, kombiniert angewandt werden. Die Fluktuationsfrequenz F der dynamischen Lichtstreuung ist eine Funktion von Partikelgröße d und Partikelkonzentration c:In the new method presented here, the formation of measured values is based on the fact that the two measuring methods "dynamic light scattering" and "ultrasonic extinction", which are based on physically completely different principles, are used in combination. The fluctuation frequency F of dynamic light scattering is a function of particle size d and particle concentration c :

F =F (d, c). (1) F = F (d, c) . (1)

Die Ultraschallwellenextinktion E ist ebenfalls eine Funktion von Partikelgröße d und Partikelkonzentration c:Ultrasonic wave absorbance E is also a function of particle size d and particle concentration c :

E =E (d, c). (2) E = E (d, c) . (2)

Der Verlauf der Funktionen F und E wird durch Stoffdaten mitbestimmt.The course of the functions F and E is also determined by material data.

Bei bekannten Zusammenhängen aus den gemessenen Kurvenscharen F (d, c) und E (d, c) lassen sich die beiden für die Dispersion charakteristischen Größen d und c aus dem GleichungssystemIn known relationships from the measured families of curves F (d, c) and E (d, c) , the two variables d and c characteristic of the dispersion can be derived from the system of equations

d =d (F, E), (3) d = d (F, E) , (3)

c =c (F, E) (4) c = c (F, E) (4)

ermitteln. determine.

Grundsätzlich kann man die Messungen von F und E separat an verschiedenen Proben derselben Dispersion vornehmen. Im vorliegenden Fall kommt es jedoch darauf an, daß F und E simultan erfaßt und On-line innerhalb eines Prozesses ausgewertet werden. Die den Meßwerten d und c entsprechenden Signale können somit zur Prozeßführung herangezogen werden.In principle, measurements of F and E can be carried out separately on different samples of the same dispersion. In the present case, however, it is important that F and E are recorded simultaneously and evaluated on-line within a process. The signals corresponding to the measured values d and c can thus be used for process control.

2. Equipment description

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Laserstreulicht- Korrelationsspektrometers Fig. 1 shows the basic structure of a laser scattered light correlation spectrometer

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der Ultraschallextinktionsmeßeinrichtung Fig. 2 shows the basic structure of the ultrasonic extinction measuring device

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführung der Ultraschallextinktionsmeßeinrichtung Fig. 3 shows a preferred embodiment of the ultrasonic extinction measuring device

Fig. 4 die Prozeßregelung auf der Basis der Meßwerte für den Partikeldurchmesser d und die Partikelkonzentration c Fig. 4, the process control and d on the basis of the measured values for the particle diameter, the particle concentration c

Fig. 5 die bei einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der dynamischen Lichtstreuung gemessene Fluktuationsfrequenz F als Funktion der Teilchenkonzentration c Fig. 5, measured in one embodiment by means of dynamic light scattering fluctuation frequency F as a function of particle concentration c

Fig. 6 die bei demselben Ausführungsbeispiel gemessene Ultraschallextinktion E als Funktion der Teilchenkonzentration c und Figure 6 is measured at the same embodiment Ultrasonic E c and. As a function of particle

Fig. 7 die grafische Bestimmung von Partikeldurchmesser d und Partikelkonzentration c aus den Meßwerten. Fig. 7 d, the graphical determination of particle diameter and particle concentration c from the measured values.

2.1 Measurement of dynamic light scattering

Anstelle der bekennten Vorrichtungen zur Messung der Fluktuationsfrequenz mit der Methode der dynamischen Lichtstreuung wird folgender Aufbau verwendet, der auch für Messungen bei hohen Partikelkonzentrationen geeignet ist (siehe Fig. 1). Laserlicht 1 wird über ein Mikroskopobjektiv 2 in einem Arm 3 a eines Lichtleitersystems 3 eingekoppelt. Am Ende dieses Armes tritt das Licht in die Dispersion 4 ein, die sich in einer Küvette befindet. Das von den Partikeln in der Dispersion zurückgestreute Licht wird durch den anderen Arm 3 b des Lichtleitersystems 3 ausgekoppelt. Die beiden Arme 3 a und 3 b verlaufen am Ort der Ein- bzw. Auskopplung parallel zueinander. Das ausgekoppelte Streulicht wird einem Photomultiplier 5 zugeleitet. Die darin erzeugten elektrischen Impulse werden verstärkt 6, standardisiert, und einem Korrelator 7 und einem daran angeschlossenen Rechner 8 zugeführt. Der Rechner 8 liefert als Meßwert die Fluktuationsfrequenz F. Instead of the known devices for measuring the fluctuation frequency using the dynamic light scattering method, the following structure is used, which is also suitable for measurements at high particle concentrations (see FIG. 1). Laser light 1 is coupled via a microscope objective 2 in an arm 3 a of a light guide system 3 . At the end of this arm, the light enters the dispersion 4 , which is located in a cuvette. The light scattered back by the particles in the dispersion is coupled out by the other arm 3 b of the light guide system 3 . The two arms 3 a and 3 b run parallel to one another at the point of coupling in and coupling out. The stray light that is coupled out is fed to a photomultiplier 5 . The electrical pulses generated therein are amplified 6 , standardized, and fed to a correlator 7 and a computer 8 connected to it. The computer 8 supplies the fluctuation frequency F as the measured value.

Das Meßverfahren der dynamischen Lichtstreuung reagiert primär nicht auf langsame Intensitätsschwankungen. Aus diesem Grunde stören geringe Belegungen der Lichtleiter- Ein- und Austrittsflächen, wie z. B. durch Ablagerungen aus der Dispersion verursacht werden, den Meßeffekt nicht.The measuring method of dynamic light scattering reacts primarily not due to slow intensity fluctuations. Out for this reason, small assignments of the light guide Entry and exit surfaces, such as. B. by deposits caused by the dispersion, the measurement effect Not.

2.2 Measurement of ultrasound extinction

Anstelle der bekannten Vorrichtungen zur Messung der Ultraschallextinktion, bei denen Ultraschallimpulse von einem Schwingquarz durch die Dispersion gesandt und nach der Schwächung durch die Dispersion von einem Empfängerquarz aufgenommen werden, wird ein Aufbau mit einem einzigen Schwinger verwendet, der zugleich Sender- und Empfängerfunktion erfüllt (siehe Fig. 2 und Fig. 3). Die vom kombinierten Ultraschallsender- Empfänger 9 erzeugten Impulse durchsetzen die in einer Meßküvette 10 befindliche Dispersion, werden von einem Ultraschallspiegel 11 an der Rückseite reflektiert, durchlaufen die Dispersion ein zweites mal und werden anschließend von dem gleichen Schwinger des Ultraschallsender-Empfängers (9) dedektiert. Die Intensität der durch das zweimalige Durchdringen der Dispersion geschwächten Ultraschallimpulse wird auf die Intensität der ausgesandten Ultraschallimpulse normiert und auf die entsprechende normierte Intensität der Ultraschallimpulse nach zweimaligen Durchdringen der partikelfreien Flüssigkeit bezogen. Das so gewonnene Signal ist die Ultraschallextinktion E.Instead of the known devices for measuring ultrasound extinction, in which ultrasound pulses are sent from a quartz crystal through the dispersion and, after attenuation by the dispersion, are picked up by a receiver quartz, a structure with a single oscillator is used which simultaneously fulfills the transmitter and receiver functions (see Fig. 2 and Fig. 3). The pulses generated by the combined ultrasound transmitter-receiver 9 pass through the dispersion in a measuring cell 10 , are reflected by an ultrasound mirror 11 on the rear, pass through the dispersion a second time and are then detected by the same transducer of the ultrasound transmitter-receiver ( 9 ). The intensity of the ultrasound pulses weakened by the penetration of the dispersion twice is normalized to the intensity of the ultrasound pulses emitted and related to the corresponding standardized intensity of the ultrasound pulses after the particle-free liquid has penetrated twice. The signal obtained in this way is the ultrasonic extinction E.

Das Meßverfahren der Ultraschallextinktion basiert auf der Messung von Intensitätsänderungen. Aus diesem Grund können Ablagerungen auf dem Ultraschallsender 9 oder dem Ultraschallspiegel 11 die Messung stören. Derartige Störungen können jedoch eliminiert werden, wenn man die modifizierte Anordnung gemäß Fig. 3 benutzt. Der Ultraschallspiegel 11 ist hier als Stufenspiegel 11 a und 11 b ausgebildet. Mißt man das Differenzsignal der an den beiden Spiegeln 11 a und 11 b reflektierten Ultraschallimpulse, so können die oben erwähnten störenden Einflüsse von Belegungen eliminiert werden.The measurement method of ultrasonic extinction is based on the measurement of changes in intensity. For this reason, deposits on the ultrasonic transmitter 9 or the ultrasonic mirror 11 can interfere with the measurement. However, such disturbances can be eliminated if the modified arrangement according to FIG. 3 is used. The ultrasound mirror 11 is designed here as a step mirror 11 a and 11 b . If one measures the difference signal of the ultrasonic pulses reflected at the two mirrors 11 a and 11 b , the above-mentioned disturbing influences of occupancy can be eliminated.

2.3 Overall equipment

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Prozeßregelung zur Herstellung eines Produktes (Dispersion mit vorgegebenem Partikeldurchmesser d _soll und vorgegebener Partikelkonzentration c _soll). Es soll sich dabei um einen kontinuierlich geführten Prozeß, beispielsweise die Fällung einer Kunststoffdispersion, handeln. Das Vorprodukt, zum Beispiel die Keimdispersion, wird durch die Leitung 12 dem Reaktor 13 zugeführt und dort zu dem fertigen Produkt umgesetzt, das mit der Leitung 14 entnommen werden kann. An die Leitung 14 sind parallel zwei Durchflußküvetten 15 und 16 angesetzt. Die Küvette 15 dient zur Messung der dynamischen Lichtstreuung 11, die Küvette 16 zur Messung der Ultraschallextinktion E. Die gebildeten Meßwerte F und E werden einer Auswerteschaltung 17 (Rechner) zugeführt, der daraus den Partikeldurchmesser d und die Partikelkonzentration c ermittelt. Die dazugehörigen elektrischen Signale werden dann in einem Regler 18 mit vorgegebenen Sollwerten d _soll und c _soll verglichen. Bei einer Abweichung aktiviert der Regler 18 ein Stellglied, bei einem Fällungsprozeß z. B. ein Ventil für die Fällmittelzudosierung, das die Istwerte der Partikeldaten an die Sollwerte d _soll, c _soll angleicht. Fig. 4 schematically shows a process scheme for producing a product (dispersion having a predetermined particle diameter d and _is _intended c predetermined particle concentration). It should be a continuously carried out process, for example the precipitation of a plastic dispersion. The preliminary product, for example the germ dispersion, is fed through line 12 to the reactor 13 and converted there to the finished product, which can be removed via line 14 . At the line 14 two flow cells 15 and 16 are attached in parallel. The cuvette 15 is used to measure the dynamic light scattering 11 , the cuvette 16 is used to measure the ultrasonic extinction E. The measured values F and E formed are fed to an evaluation circuit 17 (computer), which determines the particle diameter d and the particle concentration c from them. The corresponding electrical signals are then _to d in a regulator 18 with predetermined desired values and c _soll. In the event of a deviation, the controller 18 activates an actuator, for example in a precipitation process. B. a valve for the metering of precipitant, which is _intended _to adjust the actual values of the particle data to the desired values d , c _should .

2.4 Example

In einem Fällprozeß wird eine Dispersion von Kunststoffpartikeln in wäßriger Lösung mit bestimmten Werten der Feinheit und der Konzentration erzeugt. Dazu geht man von einer Keimdispersion mit geringer Konzentration und größerer Feinheit aus und dosiert kontrolliert nach Maßgabe des augenblicklichen Dispersionszustandes Fällmittel hinzu. Für die gegebenen Stoffdaten wird zunächst durch Messung an Dispersionen unterschiedlicher Feinheit und Konzentration der Verlauf der Funktionen F (d, c) aus Gleichung (1) und E (d, c) aus Gleichung (2) bestimmt. Die Meßergebnisse lassen sich durch folgende analytische Funktionen beschreiben:In a precipitation process, a dispersion of plastic particles in aqueous solution with certain values of fineness and concentration is produced. To do this, one assumes a microbial dispersion with a low concentration and greater fineness and metered-in precipitants in a controlled manner in accordance with the current state of dispersion. For the given substance data, the course of the functions F (d, c) from equation (1) and E (d, c) from equation (2) is first determined by measurement on dispersions of different fineness and concentration. The measurement results can be described by the following analytical functions:

G =Geometriefaktor des Sensors
n =Brechungsindex
h =Viskosität
a _v=Stoffparameter
k _B=Boltzmannkonstante
T =absolute Temperatur
λ =Laserlichtwellenlänge
R =Streuwinkel (hier R =180°) G = geometry factor of the sensor
n = refractive index
h = viscosity
a _v = substance parameters
k _B = Boltzmann constant
T = absolute temperature
λ = laser light wavelength
R = scattering angle (here R = 180 °)

E =k d (1-e ^-bc) (6) E = kd (1- e ^{- bc} ) (6)

k, b =Stoffparameter k, b = substance parameters

Die Abhängigkeiten F (c) und E (c) der Meßsignale von der Konzentration sind in den Bildern 5 und 6 für konstante Partikelgröße d veranschaulicht.The dependencies F (c) and E (c) of the measurement signals on the concentration are illustrated in Figures 5 and 6 for constant particle size d .

Durch optimale Anpassung der Gleichungen 5 und 6 an die Meßdaten aus den Bildern 5 und 6 (durchgezogene Kurve) lassen sich die entsprechenden Stoffparameter bestimmen. Sie haben für das vorliegende System folgende Werte:The appropriate material parameters can be determined by optimally adapting equations 5 and 6 to the measurement data from Figures 5 and 6 (solid curve). You have the following values for this system:

G =1,73 · 10^-7 kg/s²
n =1,33
η =0,89 · 10^-3 Pa · s
a₁=2,23 · 10⁵ m³/kg
a₂=-7,95 · 10² m⁶/kg²
a₃=0,655 m⁹/kg³
k =2,18 · 10⁸ dB/m
b =9,27 · 10^-3 m³/kg G = 1.73 x 10 ^-7 kg / s²
n = 1.33
η = 0.89 · 10 ^-3 Pa · s
a ₁ = 2.23 · 10⁵ m³ / kg
a ₂ = -7.95 · 10² m⁶ / kg²
a ₃ = 0.655 m⁹ / kg³
k = 2.18 · 10⁸ dB / m
b = 9.27 · 10 ^-3 m³ / kg

Das Gleichungssystem (5) und (6) wird transformiert zuThe system of equations (5) and (6) is transformed into

An einem Wertepaar aus dem Prozeßverlauf wird die Ermittlung von d und c aus F und E zusätzlich graphisch demonstriert:The determination of d and c from F and E is also graphically demonstrated using a pair of values from the course of the process:

F =7,5 kHz
E =5,0 dB F = 7.5 kHz
E = 5.0 dB

Für dieses Wertepaar werden die Funktionen d (c) gemäß den Beziehungen (7) und (8) graphisch dargestellt (Bild 7). Während bei Anwendung von nur einem der beiden Meßverfahren das Parameterpaar d _o, c _o für die Produktdispersion mehrdeutig ist, liefert die erfindungsgemäß kombinierte Anwendung beider Meßverfahren ein wohldefiniertes Parameterpaar d _o, c _o. Dies wird graphisch durch den Schnittpunkt der beiden Kurven bestimmt. Für dieses Beispiel ergibt sich eine PartikelgrößeFor this pair of values, the functions d (c ) are graphically represented according to relationships (7) and (8) (Figure 7). While the parameter pair d _o , c _o is ambiguous for the product dispersion when using only one of the two measuring methods, the combined use of both measuring methods according to the invention provides a well-defined parameter pair d _o , c _o . This is determined graphically by the intersection of the two curves. This example results in a particle size

d _o=72 nm d _o = 72 nm

und eine Partikelkonzentrationand a particle concentration

c _o=0,041 kg/m³. c _o = 0.041 kg / m³.

Die vorgesehenen Werte der mittleren Partikelgröße und der Konzentration sind noch nicht erreicht. Daher wird die Zudosierung von Fällmittel fortgesetzt.The intended values of the average particle size and of concentration have not yet been reached. Therefore the addition of precipitant continued.

Claims

1. A method for controlling processes in which a disperse phase is involved, characterized in that the dynamic light scattering and the ultrasound extinction are measured simultaneously on the disperse phase, the particle concentration and the mean particle size are determined therefrom and the (the) process-determining ( n) parameters are readjusted depending on the measured particle concentration and particle size.

2. Device for performing the method according to claim 1 characterized by

a) a laser scattered light correlation spectrometer ( 15 ) for measuring the dynamic light scattering
b) a continuously or pulsed ultrasonic extinction measuring device (16)
c), d c with the two measuring devices (15, 16) connected to the evaluation circuit (17) for determining the particle concentration and average particle size d and their deviations Δ c and Δ d of predetermined reference values c and _{is intended} _to
d) one or more actuators for setting the process-determining parameters in the sense of minimizing the deviations Δ c and Δ d .

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the laser light is coupled into one arm ( 3 a) of a two-arm light guide system ( 3 ) and the scattered light intensity caused by the dispersion is coupled out through the other arm ( 3 b) and a photodetector ( 5 ) is forwarded.

4. The device according to claim 2, characterized in that the transmitter and receiver of the ultrasonic extinction measuring device ( 16 ) as an identical component ( 9 ) lie on the same side of the dispersion to be examined and an ultrasonic mirror ( 11 ) is arranged on the other side of the dispersion, so that the ultrasonic pulses emitted by the transmitter pass through the measuring section twice.

5. The device according to claim 4, characterized in that the ultrasound mirror ( 11 ) is designed as a step mirror ( 11 a, 11 b) and that the difference signal of the ultrasound pulses reflected at the two stages is evaluated in the receiver circuit.