Partikelmessung an hochkonzentrierten Dispersionen nach dem Ultraschall-Reflexionsprinzip
- Event
- 10. Dresdner Sensor-Symposium 2011
2011-12-05 - 2011-12-07
Dresden - Chapter
- Chemische Verfahrenstechnik I
- Author(s)
- R. Weser, B. Wessely - Dresden, S. Wöckel, U. Hempel - Magdeburg
- Pages
- 99 - 102
- DOI
- 10.5162/10dss2011/6.2
- ISBN
- 978-3942710-53-4
- Price
- free
Abstract
Für eine Vielzahl von Anwendungen in der Verfahrenstechnik, Biotechnologie oder Lebensmittelindustrie ist die Charakterisierung der Feststoffphase in hochkonzentrierten Dispersionen anhand der Partikelgrößenverteilung und -konzentration von wesentlicher Bedeutung. Die online bzw. inline gewonnenen Daten können dazu beitragen, die verschiedenen verfahrenstechnischen Prozesse optimal zu steuern, Produktqualitäten gezielt zu steigern oder Anlagenverfügbarkeiten zu erhöhen. Exemplarische Vorgänge wie die Emulgierung und (Nass-)Zerkleinerung finden sich in einer Vielzahl industriell relevanter Prozesse, wie beispielsweise der Herstellung von Lacken und Farben oder der Aufbereitung von Erz- und Klärschlämmen. Während vor allem bei einem hohen Partikelanteil und der damit verbundenen Opazität der Einsatz etablierter optischer Methoden begrenzt ist, können auf Ultraschall (US) basierende Messmethoden einen Vorteil bei der prozessnahen oder Inline-Charakterisierung bieten. Häufig angewandtes Untersuchungsverfahren ist die Extinktionsmessung, bei der das Stoffsystem durchschallt und die sender- und empfängerseitige Intensität spektral verglichen wird. Daraus lassen sich die für die Partikelcharakterisierung relevanten Informationen ableiten. Aufgrund der erheblichen Schalldämpfung ist es insbesondere bei hoch konzentrierten Stoffsystemen erforderlich, den Abstand zwischen Sende- und Empfangswandler hinreichend klein zu gestalten (0,5 mm - 2 mm), um ein noch auswertbares Messsignal zu erhalten. Dies führt bei Inline-Anwendungen häufig zu Verstopfungen innerhalb der Messstrecke (vor allem beim Vorhandensein einzelner großer Feststoffpartikel oder pastöser Medien), was die Zuverlässigkeit und die Akzeptanz der Messeinrichtung bei den Anwendern einschränkt.
Ein Erfolg versprechender Ansatz zur Problemlösung wird darin gesehen, die vom Stoffsystem gestreuten (statt transmittierten) Schallanteile zu analysieren. Äquivalent zur Extinktionsanordnung ermöglicht dies Aussagen zur dispersen Phase, ohne das Risiko der kritischen Verstopfung der Messstrecke einzugehen (Vermeidung des Messspaltes). Im Beitrag wird das Konzept eines auf Ultraschall-Rückstreuung basierenden Messverfahrens zur Partikelcharakterisierung in hochkonzentrierten Dispersionen vorgestellt. Kerngedanke des experimentellen Aufbaus ist der Einsatz breitbandiger Sende-/Empfangs-wandler, die hinsichtlich einer hohen Sendeleistung, eines der Eindringtiefe entsprechenden Messfensters und hoher Empfangssensitivität optimal aufeinander abgestimmt sind. Auf diese Weise soll der von den Partikeln gestreute Schallanteil erfasst und hinsichtlich der Intensität, der Laufzeit (entspricht der Eindringtiefe) und der Schallfrequenz analysiert werden.