In Fällen, in denen eine Lösung aus drei Komponenten oder ternäre Lösung (hiernach als "ternäre Lösung" bezeichnet) in ein Misch- oder Reaktionssystem eingespeist werden soll, ist es erforderlich, die Zusammensetzung dieser ternären Lösung ohne Verzögerung zu überwachen. Die Komponentenanalyse durch Gaschromatographie benötigt aber beispielsweise mehrere Stunden für die Ermittlung. Gleichwohl schreitet der Mischvorgang oder die Reaktion während dieser Zeit weiter fort, so daß eine solche Analyse für die Steuerung der Zusammensetzung oder Konzentration nutzlos ist.

In herkömmlichen Misch- oder Reaktionssystemen wird gewöhnlich, im Falle eines Chargenverfahrens, die fragliche Zusammensetzung aus den zugeführten Mengen der Einzelkomponenten berechnet. Im Falle eines kontinuierlichen Verfahrens wird im allgemeinen eine Methode praktiziert, nach welcher die Zusammensetzung aus der eingespeisten Menge eines jeden Ausgangsmaterials abgeleitet wird. Gleichwohl sind Irrtümer bei den Flow- Metern und/oder menschliche Bedienungsfehler unvermeidlich, so daß die Überwachung von Zusammensetzungen oder Konzentrationen schwierig ist. In der Tat ist es häufig, daß Misch- oder Reaktionsvorgänge trotz eines unzureichenden Verhältnisses der eingespeisten Ausgangsmaterialien, das von dem vorgeschriebenen abweicht, durchgeführt werden, ohne daß die Abweichung der Lösungszusammensetzung von der vorgeschriebenen bemerkt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde aus der Tatsache abgeleitet, daß, wenn beim Brechungsindex einer ternären Lösung lineare Additivität allgemein erkennbar ist und hinreichende ungefähre lineare Additivität auch bei der spezifischen Dichte einer ternären Lösung erkennbar ist, die folgenden Gleichungen (I) und (II) für die Lösung Gültigkeit haben:

nD = a&sub1; · X&sub1; + b&sub1; · X&sub2; + c&sub1; · X&sub3; Gleichung (I)

d = a&sub2; · X&sub1; + b&sub2; · X&sub2; + c&sub2; · X&sub3; Gleichung (II)

1 = X&sub1; + X&sub2; + X&sub3; Gleichung (III)

worin nD, d, a&sub1;, b&sub1;, c&sub1;, a&sub2;, b&sub2;, c&sub2;, X&sub1;, X&sub2; und X&sub3; die oben angegebenen Bedeutungen haben.

Gleichung (III) hat Gültigkeit für die Massebalance.

Da alle der Gleichungen (I), (II) und (III) lineare algebraische Gleichungen sind, können Lösungen ohne Schwierigkeit erhalten werden und in Form der nachstehenden Formeln (IV), (V) und (VI) ausgedrückt werden:

Dementsprechend kann die alsX&sub1;, X&sub2; und X&sub3; ausgedrückte Zusammensetzung des ternären Systems praktisch augenblicklich und sehr schnell durch Bestimmen der Werte nD und d unter Verwendung eines Refraktometers oder eines Dichtemessers und Einsetzen anstelle von nD und d in die Formeln (IV), (V) und (VI) zur Berechnung von X&sub1;, X&sub2; und X&sub3; mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage bestimmt werden, wenn die Werte für a&sub1;, b&sub1;, c&sub1;, a&sub2;, b&sub2; und c&sub2; in den Formeln (IV), (V) und (VI) zuvor nach dem least-square- Verfahren oder einer anderen geeigneten Methode unter Verwendung experimenteller Daten erhalten worden sind.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung ternärer Lösungssysteme, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brechungsindex nD und das spezifische Gewicht d des ternären Lösungssystems mißt und die gemessenen Daten, gegebenenfalls nach Durchführung einer Temperaturkorrektur, einer Datenverarbeitungsanlage in geeigneter Form zuführt, dort mit den Formeln (IV), (V) und (VI) unter Verwendung von für a&sub1;, b&sub1;, c&sub1;, a&sub2;, b&sub2; und c&sub2; abgespeicherten Werten die Gewichtsanteile X&sub1;, X&sub2; und X&sub3; der jeweiligen Komponenten bestimmt, die erhaltenen Werte mit gespeicherten vorgegebenen Werten vergleicht, Abweichungen feststellt und in Steuersignale umsetzt, die zur Steuerung der Lösungszusammensetzung verwandt werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Steuerverfahrens umfaßt einen Detektor für den Brechungsindex und einen Detektor für das spezifische Gewicht, die über ein Probenrohr miteinander in Serie geschaltet sind, einen Konverter für die Signale des Detektors für das spezifische Gewicht, eine Schnittstelle zur Aufnahme, Umwandlung und Weiterleitung der Signale aus dem Detektor und aus dem Konverter, eine an die Schnittstelle angeschlossene Recheneinheit, sowie an die Schnittstelle angeschlossene Steuersysteme zur Steuerung der Lösungszusammensetzung.

Die Fig. 1a und 1b stellen Histogramme dar, die die Übereinstimmung zwischen tatsächlich gemessenen Werten und berechneten Werten hinsichtlich des jeweiligen spezifischen Gewichtes und des Brechungsindex gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 2 stellt eine Kurve dar, die die Übereinstimmung zwischen den tatsächlich gemessenen Werten und den berechneten Werten hinsichtlich der Gewichtsanteile von Polymerisationslösungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 stellt ein Histogramm dar, das die Übereinstimmung zwischen den tatsächlich gemessenen Werten und den berechneten Werten hinsichtlich der Gewichtsanteile von Lösungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein Beispiel für ein erfindungsgemäß verwandtes Meßsystem für Zusammensetzungen zeigt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die schnelle Kontrolle oder Einstellung der Zusammensetzung einer ternären Lösung durch Messen des Brechungsindex und des spezifischen Gewichts der Lösung, was praktisch augenblicklich durchgeführt werden kann, und durch Berechnen der Gewichtsanteile der Komponenten der Lösung auf Basis der oben erwähnten Formeln (IV), (V) und (VI) unter Verwendung eines Computers oder dergleichen. Dadurch ist es nun möglich geworden, die Einspeisung eines ternären Systems (einer ternären Lösung), dessen Gewichtsanteile bislang schwierig zu bestimmen waren, in ein kontinuierliches Mischungssystem oder ein kontinuierliches Reaktionssystem auf solche Weise automatisch zu steuern, daß jedes Ausgangsmaterial durch Messung des Brechungsindex oder des spezifischen Gewichts der einzuspeisenden ternären Lösung unter Verwendung eines Refraktometers und eines Dichtemessers, welche in das Einspeisungssystem für das Ausgangsmaterial integriert sind, und, falls nötig, unter Verwendung eines in das System zur Temperaturkorrektur des Brechungsindex und des spezifischen Gewichts in das System integrierten Thermometers automatisch in den Mischer oder Reaktor in dem gewünschten Mengenverhältnis eingespeist wird. Der gemessene Brechungsindex und das bestimmte spezifische Gewicht der Lösung wird mit Hilfe einer mit dem Meßsystem verbundenen Datenverarbeitungsanlage in die Gewichtsanteile der jeweiligen Komponenten (falls nötig, mit einer Temperaturkorrektur) umgerechnet, worauf dann elektrische Steuersignale in das Einspeisungssystem für die Ausgangsmaterialien gesandt werden. Die Parameter a&sub1;, b&sub1; und c&sub1; und die Parameter a&sub2;, b&sub2; und c&sub2; sind Eigenwerte, die von der Art der in den drei Komponenten verwandten Verbindungen und ihrer Kombination für eine konstante Temperatur vorgegeben sind. Es liegt in der Natur der Sache, daß die Eigenwerte der Parameter mit der Art der Komponenten und/oder der Meßtemperatur (die Temperatur, bei welcher der Brechungsindex und das spezifische Gewicht gemessen werden) variieren.

Diese Parameterwerte sind Konstanten, die durch Messung des Brechungsindex und des spezifischen Gewichtes einer vorgegebenen ternären Lösung bei einer bestimmten Temperatur, wobei das Verhältnis unter den Komponenten verändert wird, und durch Errechnen aus den gemessenen Werten mit Hilfe des least-square-Verfahrens oder dergleichen erhältlich sind.

Während die Parameter a&sub1;, b&sub1; und c&sub1; wie auch a&sub2;, b&sub2; und c&sub2;, natürlich in Abhängigkeit von den Lösungskomponenten und/oder der Temperatur, bei welcher der Brechungsindex und das spezifische Gewicht gemessen werden, variieren können, wurde sichergestellt, daß jeder Parameter im voraus durch Versuche schnell bestimmt werden kann und daß das erfindungsgemäße Verfahren auf verschiedene ternäre Lösungssysteme angewandt werden kann. Beispielsweise wurde sichergestellt, daß der Gewichtsanteil einer jeden Komponente eines aus Natriumacrylat, Acrylamid und Wasser bestehenden ternären Systems, einer Lösung für eine Polymerisation, welche ein typisches Beispiel für die Herstellung von anionischen oder nicht ionischen Flockungsmitteln ist, und eines aus Methacryloyloxyethyl- Trimethylammoniumchlorid, Acrylamid und Wasser bestehenden ternären Systems, einer Lösung für eine Polymerisation, die ein typisches Beispiel für die Herstellung von kationischen Flockungsmitteln ist, nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mit zufriedenstellender Genauigkeit erhalten werden kann, nämlich mit einer Fehler-Standardabweichung von nicht mehr als 1,4%, ausgedrückt als Konzentrationsprozente.

Die Fehler-Standardabweichung (in Konzentrationsprozent) ist durch die Formel definiert