DE102015001084A1 - Method and device for analyzing, monitoring processes, controlling processes and / or regulating processes - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen und eine Vorrichtung (1) zur Analyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen. Durch die Verwendung bestimmter Indikatoren sind die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen (1) zur Stoffanalyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen sehr kostengünstig einsetzbar und dabei mit einer hohen Güte ausgestattet. Insbesondere sprechen die Verfahren und Vorrichtungen (1) sehr schnell an.The present invention relates to a method for analyzing, monitoring processes, controlling processes and / or regulating processes, and a device (1) for analyzing, monitoring processes, controlling processes and / or regulating processes , By using specific indicators, the methods and devices (1) according to the invention for substance analysis, for monitoring processes, for controlling processes and / or for controlling processes can be used very inexpensively and are equipped with a high quality. In particular, the methods and devices (1) respond very quickly.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Analyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.The present invention relates to a method for analysis, monitoring of processes, for controlling processes and / or for controlling processes according to the preamble of claim 1 and an apparatus for analysis, for monitoring processes, for controlling processes and / or for Control of processes according to the preamble of claim 10.
Solche Verfahren und Vorrichtungen kommen im Bereich von anorganischen und organischen Stoffen zum Einsatz und werden vermehrt im Bereich pflanzlicher Stoffe eingesetzt, um die Herkunft und Qualität solcher Materialien zu bestimmen sowie um deren stoffliche Veränderung zu kontrollieren, wenn eine Erhitzung der Materialien stattfindet, wie es beispielsweise durch mechanische Beanspruchung bei formgebenden Verfahren oder bei Trocknungsprozessen der Fall ist.Such methods and devices are used in the field of inorganic and organic materials and are increasingly used in the field of plant materials to determine the origin and quality of such materials and to control their material change when heating of the materials takes place, such as by mechanical stress in forming processes or in drying processes is the case.
Ohne abschließende Festlegung sind mögliche Anwendungsbereiche in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie, der Holzpelletproduktion, der formgebenden Trocknung zu finden, aber auch im Bereich der Rauch- und Brandmeldetechnik.Without conclusive determination, possible applications in the food and animal feed industry, wood pellet production, shaping drying can be found, but also in the field of smoke and fire detection technology.
Beispielsweise sind für eine wirtschaftliche und sichere Trocknung von Feststoffen definierter Eigenschaften weitreichende Informationen zu deren Trocknungsverhalten notwendig. Die Prozessbedingungen werden dabei üblicherweise durch Laborversuche grundlegend charakterisiert, können aber später im Anlagenprozess nur durch makroskopische Parameter wie Temperatur, Feuchte oder mechanische Parameter (Durchmischung) kontrolliert werden. Die Trocknungskinetiken werden experimentell über Auslegungsversuche anhand definierter anwendungstechnischer Eigenschaften bestimmt. Hierbei und später im regulären Anlagenbetrieb stehen eine Reihe von Steuerungs- und Prüfmethoden zur Verfügung, welche an das spezielle Produkt angepasst werden müssen. Die Bestimmung der Feuchte beispielsweise erfolgt üblicherweise durch gravimetrische Methoden (Trockenschrank bzw. Vakuumtrockenschrank, Infrarotwaagen) oder chemische Methoden. Sicherheitstechnische Kenngrößen sind ebenfalls zu ermitteln und kontinuierlich zu überwachen (z. B. Onset exothermer Reaktionen).For example, far-reaching information about their drying behavior is necessary for economical and safe drying of solids of defined properties. The process conditions are usually characterized fundamentally by laboratory tests, but can be controlled later in the plant process only by macroscopic parameters such as temperature, humidity or mechanical parameters (mixing). The drying kinetics are determined experimentally by design experiments based on defined application properties. Here and later in regular plant operation, a number of control and test methods are available, which must be adapted to the specific product. The determination of the moisture, for example, is usually carried out by gravimetric methods (drying oven or vacuum oven, infrared scales) or chemical methods. Safety parameters are also to be determined and continuously monitored (eg onset of exothermic reactions).
Bisher erfolgt z. B. die Ermittlung der Temperatur- und Feuchteverteilung in Schüttungen während der Trocknung in der Regel experimentell. Eine kontinuierliche Überwachung chemisch-physikalischer Parameter im Inneren der Schüttung ist mittels makroskopischer Sensorik (Temperatur, Feuchte) bisher kaum möglich. Problematisch bei der Kontakttrocknung sind zähe Phasen, die in homogenen Trocknungsprozessen entstehen können und durch die resultierenden lokalen thermischen Überbelastungen des Substrates zu Schäden am Produkt führen. Die Prozesse werden dadurch energetisch deutlich ineffizienter.So far z. As the determination of the temperature and moisture distribution in beds during drying usually experimental. Continuous monitoring of chemical-physical parameters in the interior of the bed is hardly possible using macroscopic sensors (temperature, humidity). The problem with the contact drying are tough phases, which can occur in homogeneous drying processes and lead to damage to the product due to the resulting local thermal overloading of the substrate. As a result, the processes become significantly less efficient in terms of energy.
Für die Vermeidung thermischer Überbeanspruchung und zur Steigerung der stofflichen und energetischen Effizienz von Trocknungsprozessen und temperaturintensiven Verarbeitungsverfahren sind zeitlich hochaufgelöste Informationen zu stofflichen Eigenschaften und energetischen Zuständen des Prozessgutes notwendig.To avoid thermal overstress and to increase the material and energy efficiency of drying processes and temperature-intensive processing methods temporally high-resolution information on material properties and energetic states of the process material are necessary.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, solche Verfahren und Vorrichtungen so zu gestalten, dass sie sehr kostengünstig einsetzbar und dabei mit einer hohen Güte ausgestattet sind. Insbesondere sollen die Verfahren und Vorrichtungen sehr schnell ansprechen.The object of the present invention is to make such methods and devices so that they are very inexpensive to use and are equipped with a high quality. In particular, the methods and devices should respond very quickly.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.This object is achieved with the inventive method according to claim 1 and the device according to the invention according to claim 10. Advantageous embodiments are the subject of the dependent subclaims.
Der Erfinder hat erkannt, dass diese Aufgabe besonders leicht dadurch gelöst werden kann, wenn Indikatoren verwendet werden, die nicht mit den üblicherweise in der natürlichen Umgebungsatmosphäre vorkommenden Kohlenwasserstoffen übereinstimmen, weil dann das Ansprechverhalten und die Sicherheit des Ansprechens wesentlich verbessert werden können. Außerdem stammen diese Indikatoren vor allem aus dem Inneren der Stoffmatrix, der ansonsten schlecht sensorisch überwachbar ist. Dadurch können Einflussparameter auf die Stoffe sehr schnell überwacht und ggf. angepasst werden, insbesondere bevor sie vielleicht negative Wirkungen hervorvorrufen.The inventor has realized that this object can be achieved particularly easily by using indicators that do not match the hydrocarbons commonly found in the natural ambient atmosphere, because then the response and safety of the response can be significantly improved. In addition, these indicators come mainly from the interior of the substance matrix, which is otherwise poorly monitored by sensors. As a result, influencing parameters on the substances can be monitored very quickly and, if necessary, adjusted, in particular before they possibly produce negative effects.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse zumindest eines anorganischen oder organischen Stoffes, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen, wobei die Prozesse die Umsetzung, Bearbeitung oder Verarbeitung zumindest eines organischen Stoffes beinhalten, zeichnet sich somit dadurch aus, dass zumindest eine Kohlenstoff haltige Verbindung als Indikator verwendet wird, die nicht Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan ist. Diese ausgeschlossenen Indikatoren kommen aufgrund vielfältiger Prozesse in der Umgebungsatmosphäre vor, so dass darauf basierende Verfahren stets unter dem Mangel einer Zuordnung zu dem eigentlich kontrolliertem Stoff leiden bzw. für ein exaktes Ansprecherhalten sehr umfangreiche Untergrundnormierungen erfolgen müssen, die ein schnelles Ansprechverhalten erschweren.The method according to the invention for analyzing at least one inorganic or organic substance, for monitoring processes, for controlling processes and / or for regulating processes, wherein the processes involve the conversion, processing or processing of at least one organic substance, is thus characterized in that that at least one carbon-containing compound is used as an indicator that is not carbon dioxide, carbon monoxide and methane. These excluded indicators occur due to multiple processes in the ambient atmosphere, so that methods based thereon always suffer from the lack of an association with the actually controlled substance or must be made for a precise Ansprecherhalten very extensive background normalization, which make a fast response difficult.
„Analyse” heißt in diesem Zusammenhang nicht nur die Ermittlung einer stofflichen Zusammensetzung, sondern beispielsweise auch eine Ermittlung einer bestimmten Qualität oder Herkunft des Stoffs. In this context, "analysis" does not only mean the determination of a material composition, but also, for example, a determination of a specific quality or origin of the substance.
„Stoff” meint im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung nicht nur chemisch reine Stoffe, sondern auch Stoffgemische."Substance" in the context of the present invention means not only chemically pure substances, but also mixtures of substances.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der organische Stoff ein pflanzliches Material ist, oder pflanzliche Anteile enthält. Das Verfahren ist dann besonders effizient einsetzbar, weil in pflanzlichen Materialien natürliche Vorläuferverbindungen für den Indikator, wie z. B. die im Pektin enthaltenen Methoxygruppen, in großen Mengen enthalten sind.In an expedient development it is provided that the organic substance is a vegetable material, or contains vegetable parts. The method can be used particularly efficiently, because in plant materials natural precursor compounds for the indicator, such. B. contained in the pectin methoxy groups are contained in large quantities.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn der Indikator eine volatile Substanz ist, da dann der Nachweis mittels Gassensoren in der Umgebungsatmosphäre erfolgen kann und damit auf besonders effiziente Art und Weise. Solche volatile Substanzen sind organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen (flüchtig sind) bzw. schon bei niedrigen Temperaturen (z. B. Raumtemperatur) als Gas vorliegen.It is further preferred if the indicator is a volatile substance, since then the detection can be carried out by means of gas sensors in the ambient atmosphere and thus in a particularly efficient manner. Such volatile substances are organic, ie carbon-containing substances which evaporate easily (are volatile) or are present as gas even at low temperatures (eg room temperature).
Besonders bevorzugt ist der Indikator aus der Gruppe Methylhalogenid (z. B. monohalogeniertes Methans), Methanol, Acetonitril, Isoprenoid und Methanthiol gewählt, wobei der Indikator bevorzugt Chlormethan ist. Werden die Methanderivate als Indikator gewählt, insbesondere monohalogeniertes Methan, so ist nach heutigem Stand des Wissens davon auszugehen, dass deren chemische Vorläufer die in der pflanzlichen Substanz enthalten Methoxygruppen sind. Bei pflanzlichen Stoffen liegt der Anteil an Methoxygruppen am Gesamtkohlenstoffgehalt im Schnitt bei 2,5%, während der Gehalt an Chlorid in getrockneten Pflanzen meist zwischen 0,1% und 2% liegt. Außerdem werden Lebensmitteln häufig größere Mengen Chlorid zugefügt, sodass Chlorid in ausreichendem Maße für eine Reaktion mit den Methoxygruppen zur Verfügung steht. Damit ist beispielsweise Chlormethan ein sehr wirksamer Indikator für die Prozessierung solcher pflanzlicher Stoffe.The indicator is particularly preferably chosen from the group of methyl halide (for example monohalogenated methane), methanol, acetonitrile, isoprenoid and methanethiol, the indicator preferably being chloromethane. If the methane derivatives are selected as the indicator, in particular mono-halogenated methane, then, according to the current state of knowledge, it can be assumed that their chemical precursors are the methoxy groups contained in the vegetable substance. In the case of vegetable substances, the proportion of methoxy groups in the total carbon content is on average 2.5%, while the content of chloride in dried plants is usually between 0.1% and 2%. In addition, larger amounts of chloride are often added to foods, so that chloride is sufficiently available for reaction with the methoxy groups. Thus, for example, chloromethane is a very effective indicator for the processing of such botanicals.
Es können auch mehrere Indikatoren gleichzeitig bestimmt werden, beispielsweise Methylbromid und Methylchlorid. Auch können unterschiedliche Isotope eines oder mehrerer Indikatoren gleichzeitig bestimmt werden.Several indicators can also be determined simultaneously, for example methyl bromide and methyl chloride. Also, different isotopes of one or more indicators can be determined simultaneously.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Indikator durch chemische Umsetzung während des Verfahrens gebildet wird. Dann besteht eine hohe Reproduzierbarkeit, weil das Vorliegen von nicht durch das Verfahren erzeugten Indikatoren, die das Ergebnis verfälschen würden, ausgeschlossen werden kann.In an advantageous development it is provided that the indicator is formed by chemical reaction during the process. Then there is a high level of reproducibility because the presence of indicators not generated by the method that would distort the result can be excluded.
Wenn durch Messung des Indikators zumindest ein physikalischer oder chemischer Parameter des anorganischen oder organischen Stoffs ermittelt wird, wobei der Parameter bevorzugt aus der Gruppe Temperatur, Feuchtegehalt, Pektingehalt, Ligningehalt und Halogenidgehalt gewählt wird, dann lassen sich unmittelbare Rückschlüsse auf die aktuell vorliegenden Prozessbedingungen ziehen.If at least one physical or chemical parameter of the inorganic or organic substance is determined by measuring the indicator, wherein the parameter is preferably selected from the group temperature, moisture content, pectin content, lignin content and halide content, then it is possible to draw direct conclusions about the currently present process conditions.
Vorzugsweise ist der Prozess ein Brand oder Schwelbrand oder ein Prozess der Holz- oder Papierverarbeitung oder ein Prozess der Lebens- oder Futtermittelverarbeitung oder -herstellung. Hierbei lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzen.Preferably, the process is a fire or smoldering fire or a process of wood or paper processing or a process of food or feed processing or manufacturing. In this case, the method according to the invention can be used particularly advantageously.
Allerdings kann das erfindungsgemäße Verfahren auch sehr vorteilhaft bei der Bestimmung der Herkunft als Analyse des organischen Stoffes eingesetzt werden, weil die Konzentration der Indikatoren in Abhängigkeit von definierten Prozessparametern für unterschiedliche Herkunftsregionen der organischen Stoffe unterschiedlich ist. Dazu wären im Vorfeld entsprechende Eichuntersuchungen durchzuführen.However, the method according to the invention can also be used very advantageously in the determination of the origin as an analysis of the organic substance, because the concentration of the indicators differs depending on defined process parameters for different regions of origin of the organic substances. For this purpose, appropriate calibration tests should be carried out in advance.
In diesem Zusammenhang oder aber auch für die übrigen Prozesse ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Untersuchung der Indikatoren hinsichtlich der in ihnen vorhandenen Isotope erfolgt.In this connection, or else for the other processes, it is advantageous if, in addition, an examination of the indicators takes place with regard to the isotopes present in them.
Wenn der Indikator in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchte und/oder Druck bestimmt wird, dann wird eine Eichung für den Indikator vorgenommen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass Temperatur und/oder Feuchte und/oder Druck gezielt erhöht oder erniedrigt werden.If the indicator is determined as a function of temperature, humidity and / or pressure then a calibration is made for the indicator. It is preferably provided that the temperature and / or humidity and / or pressure are increased or decreased in a targeted manner.
Wenn eine fortgesetzte kontinuierliche oder schrittweise Messung des Gehalts des Indikators in der Gasphase vorgenommen wird, um den Prozess zu überwachen, zu steuern und/oder zu regeln, dann lässt sich eine sehr schnell ansprechende Prozessierung verwirklichen. Bei diesem Prozess wird bevorzugt zumindest ein Prozessparameter, der insbesondere aus der Gruppe Temperatur, Feuchte und Druck gewählt ist, verändert, da diese Parameter einen hohen Einfluss auf die Indikatorbildung haben.If a continuous, continuous, or incremental measurement of the level of the indicator is made in the gas phase to monitor, control, and / or control the process, then very fast response processing can be realized. In this process, at least one process parameter, which is selected in particular from the group of temperature, humidity and pressure, is preferably changed, since these parameters have a high influence on the indicator formation.
Wenn dem anorganischen oder organischen Stoffein Zuschlagstoff beigemengt oder zugeführt wird, der zu einer Bildung des Indikators führt und/oder den Indikator freisetzt, dann lassen sich auch Analysen und Prozessierungen solcher Stoffe verwirklichen, die keine solche Indikatoren beinhalten bzw. freisetzen. Beispielsweise könnte es sich um eine anorganische Substanz handeln, die Chlor oder Chlorverbindungen enthält, aber keine anderen chemischen Vorläufer der Indikatoren. Hier würde dann ein Zuschlagstoff zugegeben, der z. B. eine Methoxygruppe enthält, so dass Chlormethan gebildet werden kann, welches durch eine Analyse Rückschlüsse auf den Chlorgehalt in der anorganischen Substanz erlaubt.If an additive is added or added to the inorganic or organic substance, which leads to the formation of the indicator and / or releases the indicator, then it is also possible to carry out analyzes and processing of substances which do not contain or release such indicators. For example, it could be an inorganic substance containing chlorine or Contains chlorine compounds, but no other chemical precursors of the indicators. Here then an additive would be added, the z. B. contains a methoxy group, so that chloromethane can be formed, which allows conclusions about the chlorine content in the inorganic substance by an analysis.
Selbständiger Schutz wird beansprucht für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Analyse zumindest eines anorganischen oder organischen Stoffes, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen, wobei die Prozesse die Umsetzung, Bearbeitung oder Verarbeitung zumindest eines organischen Stoffes beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Detektion zumindest einer kohlenstoff-haltigen Verbindung aufweist, die nicht Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan ist.Independent protection is claimed for the device according to the invention for analyzing at least one inorganic or organic substance, for monitoring processes, for controlling processes and / or for regulating processes, wherein the processes involve the conversion, processing or processing of at least one organic substance characterized in that the device comprises at least one sensor for detecting at least one carbon-containing compound which is not carbon dioxide, carbon monoxide and methane.
Besonders bevorzugt ist der Sensor angepasst, die kohlenstoff-haltige Verbindung in der Gasphase zu detektieren, da damit eine besonders schnelle und sichere Detektion möglich ist.Particularly preferably, the sensor is adapted to detect the carbon-containing compound in the gas phase, since thus a particularly fast and reliable detection is possible.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Sensor angepasst ist, Absolut- und/oder Relativwerte des Gehaltes der kohlenstoff-haltigen Verbindung zu messen.Furthermore, it is expedient, if the sensor is adapted to measure absolute and / or relative values of the content of the carbon-containing compound.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest ein Aktor vorgesehen, der einen Prozessparameter verändert, wobei der Prozessparameter bevorzugt einer aus der Gruppe Temperatur, Feuchte und Druck ist. Solche Aktoren können beispielsweise Regler einer Heizleistung, einer Be-/Entfeuchtung oder einer Druckbeaufschlagung sein. Damit lassen sich Prozessierungen mittels des Indikators sehr einfach kontrollieren, wobei aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Indikators gegenüber Veränderungen dieser Parameter sehr schnell Einfluss genommen werden kann und zudem im Vorfeld verändernde Auswirkungen im Inneren der Stoffmatrix verhindert werden können. Andererseits kann auch eine Überschreitung von Parametern gezielt vorgenommen werden, um bestimmte, gewünschte Veränderungen der Stoffmatrix sicherzustellen.In an advantageous development, at least one actuator is provided which alters a process parameter, the process parameter preferably being one of the group of temperature, humidity and pressure. Such actuators may be, for example, regulators of a heating power, a humidification / dehumidification or a pressurization. This makes it very easy to control processing by means of the indicator, whereby due to the high sensitivity of the indicator to changes in these parameters can be influenced very quickly and also can be prevented in advance changing effects inside the material matrix. On the other hand, it is also possible to deliberately exceed parameters in order to ensure certain, desired changes in the substance matrix.
Zweckmäßig ist zumindest ein Aktor vorgesehen, der einen physikalischen oder chemischen Parameter des anorganischen oder organischen Stoffs signalisiert, weil dann die Unter- bzw. Überschreitung bestimmter Grenzwerte besonders schnell festgestellt und angemessen reagiert werden kann. Dieser Parameter ist bevorzugt einer aus der Gruppe Temperatur, Feuchtegehalt, Pektingehalt, Ligningehalt und Halogenidgehalt.At least one actuator is expediently provided, which signals a physical or chemical parameter of the inorganic or organic substance, because then the undershooting or exceeding of certain limit values can be detected particularly quickly and reacted appropriately. This parameter is preferably one of the group temperature, moisture content, pectin content, lignin content and halide content.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung angepasst, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The device according to the invention is advantageously adapted to carry out the method according to the invention.
Einige bevorzugte Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden angegeben und auch in Bezug auf den Indikator Chlormethan (CH3Cl, im Folgenden auch als „CMT-Methode” bezeichnet) näher erläutert:
- – die energetische und stoffliche Optimierung temperaturintensiver Prozesse der Lebens- und Futtermittelindustrie (z. B. Herstellung von Cerealien, Dauernahrungsmittel, Futtermittelpellets, Würzmischungen, Backwaren) Im Vergleich zu den für die Lebensmittelindustrie wichtigen aromatischen Verbindungen ist CH3Cl sehr volatil. Die Freisetzung aus der pflanzlichen Matrix findet bereits bei Raumtemperaturen statt und ist ein sehr früher Indikator für Reaktionen innerhalb des Trockengutes. Hierdurch können besonders schonende Trocknungsbedingungen überwacht werden (z. B. Fermentation von Tee/Tabak, Kaffee-Röstung). Weiteres Ziel ist der effizientere Einsatz von Energie, Zuschlagsstoffen, künstlichen Aromen oder Würzmitteln (stoffliche/energetische Optimierung).
- – die Überwachung der Pektin- oder Chlorid-Konzentration in Ausgangsstoffen, Zwischen- und Endprodukten zur Optimierung der Mengen an Zuschlagstoffen und Prozesshilfsmitteln Aus der hohen Sensitivität gegenüber Temperatur und Feuchte sowie spezieller matrixgebundener Einflussfaktoren kann eine Vielzahl von Ansätzen zur Prozesssteuerung und Überwachung abgeleitet werden. Im Zentrum der Überlegungen steht hierbei das Ziel einer Steigerung der energetischen und stofflichen Effizienz durch die online-Kontrolle von Matrixparametern, wodurch Prozessparameter unmittelbar beeinflusst werden können. Beispielsweise können Zuschlagstoffe wie Melasse (Pellet-Produktion) und andere Prozesshilfsmittel an häufig variierende Eduktqualitäten angepasst werden (z. B. Pektingehalt von Holz).
- – die Überwachung der Produktqualität (z. B. Restfeuchte, Substratwärme, Vitamingehalt) Die Abhängigkeit der Chlormethan Bildung von Matrixeigenschaften wie Chlorid oder Pektin/Ligningehalt kann auch zur Überwachung spezieller stofflicher Qualitätsmerkmale im Produktionsprozess herangezogen werden – z. B. Restfeuchte nach Trocknung, Gehalt an Pektin/Lignin in Rohholz, Chloridgehalt in Nahrungsmitteln.
- – die Unterbindung thermischer Überlastung zum Schutz von Struktureigenschaften der Produktmatrix oder von Nährstoffgehalten Die Detektion von CH3Cl in statischen oder dynamischen Trocknungssystemen erlaubt Rückschlüsse auf den Wassergehalt und/oder die Temperatur direkt am bzw. im Trocknungsgut. Das bekannte Problem inhomogener Temperaturprofile im Trocknungsgut, welche zu lokaler Überhitzung und verringerter Produktqualität führen können, ist mittels makroskopischer Messungen schwer zu verfolgen. Der Ansatz einer indirekten Temperaturkontrolle mittels CH3Cl erlaubt genauere Einblicke in die Matrixbeschaffenheit.
- – die Verwendung des Indikator-Signals (z. B. Chlormethan) als Steuergröße z. B. für die Beschickung und Verweilzeit von Stoffen in der Prozessierung und die Systemtemperatur
Holz- und Futtermittelpellets werden bei
Temperaturen von 50°C–150°C in Matrixpressen erzeugt. Die kontinuierliche Beschickung der Anlagen mit zum Teil sehr inhomogenen Eduktqualitäten erfordert einen Kompromiss u. a. bei Prozesstemperaturen und Zuschlagstoffen (Bindemittel). Eine zeitlich hochaufgelöste Kontrolle von Matrixparametern bietet die Möglichkeit einer unmittelbaren Steuerung einzelner Prozessabschnitte. Mit der CMT-Methode kann ein breites Spektrum an Rohholzqualitäten automatisiert erfasst und Informationen zu prozessrelevanten Qualitätsmerkmalen wie Lignin/Pektin-Gehalt oder Wassergehalt in Echtzeit ermittelt werden. Dies ist Grundlage für den Einsatz als Steuerungsgröße bei energetischer/stofflicher Optimierung. Im Bereich der Futtermittelherstellung kann die Anforderung einer thermisch möglichst schonenden Verarbeitung unterstützt werden. Während des Pressvorganges tritt in der Pressmatrize eine hohe thermische Belastung des Produktes auf, welche insbesondere an der Außenseite der Pellets Rückstände entstehen lässt. Diese beeinflussen die geruchliche und geschmackliche Qualität des Pelletproduktes und wirken sich ebenfalls negativ auf den Vitamingehalt des Futtermittels aus. - – die Verwendung bestimmter Zuschlagstoffe, die den Indikator (z. B. Chlormethan) freisetzen bei formgebenden Trocknungsverfahren, um beispielsweise eine Überhitzung zu verhindern Es ist denkbar, über die Beimischung speziell designter Zuschlagstoffe (z. B. Bindemittel, Quellmittel), welche Methoxygruppen bei definierten chemisch-physikalischen Bedingungen freisetzen und die Chlormethanbildung anregen, spezielle Prozessstadien als Schwellwerte zu erfassen. Die Zuschlagsstoffe dienen hier als Vorläufer für Chlormethan, welches die Rolle eines matrixinternen Indikators übernimmt.
- – die Überwachung brandgefährdeter Lagerbestände (z. B. Heu oder Stroh) und der Einsatz von Indikator-Sensoren bei der Früherkennung von Schwelbränden, beispielsweise bei Holzdachstühlen, wo nach Erkennung eines offenen Brandes zumeist keine Rettung des Dachstuhls mehr möglich ist.
- - the energetic and material optimization of temperature-intensive processes of the food and feed industry (eg production of cereals, permanent foods, feed pellets, seasoning mixes, bakery products) Compared to the aromatic compounds important for the food industry, CH 3 Cl is very volatile. The release from the plant matrix takes place already at room temperatures and is a very early indicator of reactions within the dry matter. As a result, particularly gentle drying conditions can be monitored (eg, fermentation of tea / tobacco, coffee roasting). Another goal is the more efficient use of energy, additives, artificial flavors or seasonings (material / energy optimization).
- Monitoring Pectin or Chloride Concentration in Feedstock, Intermediate and End Products to Optimize Aggregates and Processing Aids A variety of process control and monitoring approaches can be derived from the high sensitivity to temperature and humidity, and more specific matrix-bounding factors. At the center of these considerations is the goal of increasing the energy and material efficiency through the online control of matrix parameters, whereby process parameters can be directly influenced. For example, aggregates such as molasses (pellet production) and other process auxiliaries can be adapted to frequently varying educt qualities (eg, the pectin content of wood).
- - the monitoring of product quality (eg residual moisture, substrate heat, vitamin content) The dependence of chloromethane formation of matrix properties such as chloride or pectin / lignin content can also be used to monitor specific material quality features in the production process - eg. B. Residual moisture after drying, content of pectin / lignin in raw wood, chloride content in food.
- - the prevention of thermal overload to protect structural properties of the product matrix or nutrient contents The detection of CH 3 Cl in static or dynamic drying systems allows conclusions on the water content and / or the temperature directly on or in the drying material. The Known problem of inhomogeneous temperature profiles in the drying material, which can lead to local overheating and reduced product quality, is difficult to track by means of macroscopic measurements. The approach of indirect temperature control using CH 3 Cl allows more accurate insights into the matrix structure.
- The use of the indicator signal (eg chloromethane) as a control variable z. B. for the loading and residence time of substances in the processing and the system temperature wood and feed pellets are produced at temperatures of 50 ° C-150 ° C in matrix presses. The continuous feed of the plants with partly very inhomogeneous educt grades requires a compromise among other things at process temperatures and additives (binder). A temporally high-resolution control of matrix parameters offers the possibility of direct control of individual process sections. With the CMT method, a wide range of raw wood grades can be automatically recorded and information on process-relevant quality characteristics such as lignin / pectin content or water content can be determined in real time. This is the basis for use as a control variable in energetic / material optimization. In the field of feed production, the requirement of a thermally gentle processing as possible can be supported. During the pressing process occurs in the press die, a high thermal load of the product, which leaves in particular on the outside of the pellets residues. These influence the odor and flavor quality of the pellet product and also have a negative effect on the vitamin content of the feed.
- - the use of certain aggregates which release the indicator (eg chloromethane) in shaping drying processes, for example to prevent overheating It is conceivable, through the addition of specially designed aggregates (eg binders, swelling agents), which methoxy groups are used release defined chemical-physical conditions and stimulate the formation of chloromethane, to detect specific process stages as thresholds. The aggregates are used here as precursors for chloromethane, which takes on the role of a matrix-internal indicator.
- - The monitoring of fire-prone stocks (eg hay or straw) and the use of indicator sensors in the early detection of smoldering fires, for example in wooden roof trusses, where after detection of an open fire usually no rescue of the roof truss is possible.
Dies soll teilweise im Folgenden noch näher erläutert werden, wobei wiederum beispielhaft Chlormethan als Indikator verwendet wird.This will be partially explained in more detail below, again using chloromethane as an indicator.
Chlormethan ist die am häufigsten vorkommende halogenorganische Verbindung in der Atmosphäre. Sie ist auch in allen anderen Umweltkompartimenten nachweisbar und stellt eines der am meisten natürlich produzierten VOX (volatile Organohalogene) dar. Mit einem Siedepunkt von ca. –24°C ist es sehr volatil und tendiert stark zum Übergang in die Gasphase. Es sind verschiedene natürliche Quellen für Chlormethan bekannt, wobei atmosphärisches CH3Cl überwiegend auf Emissionen terrestrischer Pflanzen zurückzuführen ist. Ein sehr bedeutender geochemischer Syntheseweg basiert auf der thermolytischen Umsetzung von Chlorid mit Methoxygruppen, welche in pflanzlichen Pektin- und Ligninanteilen enthalten sind, wie in
Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Chlormethanbildung sind Temperatur, Substratfeuchte, Chloridgehalt und Pektingehalt, auch der Ligningehalt spielt eine Rolle. Der Pektin-Pool stellt bereits bei Raumtemperatur Methoxygruppen zur Verfügung, während Lignin erst bei Temperaturen > 150°C ein bedeutender Donor für Methoxygruppen wird. Für terrestrische Pflanzen liegt der Gesamthalt an Methoxygruppen typischerweise bei 1%–7% der Trockenmasse. Da Pektin bereits bei Raumtemperatur Methylgruppen liefert, Lignin jedoch erst ab ca. 250°C substantiell beiträgt, kann in Abhängigkeit der Temperatur zwischen verschiedenen Methoxy-Pools differenziert werden. Der pflanzliche Chloridgehalt variiert vor allem je nach Spezies und Standort, wobei halophile Pflanzen in der Regel besonders hohe Chloridgehalte aufweisen. Die Emissionsraten für Chlormethan liegen daher bei Halophyten besonders hoch.The most important factors influencing chloromethane formation are temperature, substrate moisture content, chloride content and pectin content, and the lignin content also plays a role. The pectin pool already provides methoxy groups at room temperature, whereas lignin becomes an important donor for methoxy groups at temperatures> 150 ° C. For terrestrial plants, the total methoxy group content is typically 1% -7% of the dry matter. Since pectin already provides methyl groups at room temperature, but lignin only substantially contributes from about 250 ° C, can be differentiated depending on the temperature between different methoxy pools. Above all, the content of plant chloride varies depending on species and location, with halophilic plants usually having particularly high chloride contents. The emission rates for chloromethane are therefore particularly high for halophytes.
Dabei ist bei Temperaturen oberhalb 20°C bis etwa 300°C eine Verdoppelung der Chlormethan-Bildungsraten pro 10°C Temperatursteigerung zu beobachten. Eine Verringerung der Substratfeuchte bis auf 5% Restwassergehalt bewirkt die proportionale Zunahme der Bildungsraten von Chlormethan. Und eine Verdopplung des Chloridgehaltes forciert die Chlormethan-Bildung ebenfalls linear und mit Steigerungsraten um 50% bis zu einer individuellen Chlorid-Sättigung.At temperatures above 20 ° C to about 300 ° C, a doubling of the chloromethane formation rates per 10 ° C temperature increase can be observed. A reduction in substrate moisture to 5% residual water content causes the proportional increase in the formation rates of chloromethane. And a doubling of the chloride content forces the chloromethane formation also linear and with Increase rates by 50% to an individual chloride saturation.
Die Kennzeichen und weitere Vorteile der Erfindung werden im Rahmen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:The characteristics and further advantages of the invention will become apparent in the context of the following description of preferred embodiments in conjunction with the figures. Here are purely schematic:
In den
Dabei zeigt
Die Heizvorrichtung
Diese erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung
Die vorgestellte Trocknungseinrichtung
In
Diese (Schwel)Brandwarneinrichtung
Da sich die Chlormethankonzentration schon ab Temperaturen von kleiner 50°C signifikant erhöht, kann ein Schwelbrand
In
Die einzelnen Schritte der Holzpelletproduktion sind dem Fachmann vertraut, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Wichtig ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass die Holzpelletherstellung sehr anspruchsvoll ist, wenn man eine gleichbleibende Rohstoffqualität mit einer bestimmten Restfeuchte erzeugen will, da die Ausgangsstoffe zumeist eine unterschiedliche Holzfeuchte und Größe aufweisen, aber auch verschiedene Holzarten verwendet werden, die unterschiedlich in der Pelletiermaschine
Im Rahmen der Holzpelletproduktion kann nun das erfindungsgemäße Verfahren an mehreren Stellen vorteilhaft eingesetzt werden. Zum einen zur Brandüberwachung
In
Als Chlormathan-Detektor
Es ist zu beachten, dass für die vorgenannten Ausführungsbeispiele nur jeweils die wichtigsten Komponenten gezeigt wurden. Beispielsweise sind im Beispiel nach
Aus der vorliegenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zur Stoffanalyse, zur Überwachung von Prozessen, zur Steuerung von Prozessen und/oder zur Regelung von Prozessen bereitgestellt werden, die sehr kostengünstig einsetzbar und dabei mit einer hohen Güte ausgestattet sind. Insbesondere sprechen die Verfahren und Vorrichtungen sehr schnell an.From the present description, it has become clear that the present invention provides methods and devices for substance analysis, for monitoring processes, for controlling processes and / or for controlling processes which can be used very inexpensively and are thereby equipped with a high quality , In particular, the methods and devices respond very quickly.
Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Dabei können gegenständliche Merkmale auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale als gegenständliche Merkmale.Unless otherwise indicated, all features of the present invention may be freely combined with each other. The features described in the description of the figures can, unless stated otherwise, be freely combined with the other features as features of the invention. Objective features can also be used as process features and process features as representational features.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Trocknungseinrichtungdrying device
- 33
- Feuchtgutmoist
- 55
- Trocknungsluftdrying air
- 77
- Trockengutdry material
- 88th
- Produktstromproduct flow
- 99
- Förderbänderconveyor belts
- 1111
- Trocknungskammerdrying chamber
- 1313
- Heizvorrichtungheater
- 1515
- feuchte Abluftmoist exhaust air
- 1717
- steuerbarer Heizreglercontrollable heating controller
- 1919
- Auswerte- und SteuereinheitEvaluation and control unit
- 21, 2321, 23
- kommunikative Verbindungcommunicative connection
- 2525
- Chlormethan-Detektor, CMSChloromethane detector, CMS
- 5050
-
(Schwel)Brandwarneinrichtung
50 (Smoldering)fire warning device 50 - 5151
- Gebäudebuilding
- 53, 5553, 55
- Zimmerroom
- 57a, 57b57a, 57b
- Chlormethan-Detektoren, CMSChloromethane detectors, CMS
- 5959
- kommunikative Verbindungcommunicative connection
- 6161
- Auswerte- und SteuereinheitEvaluation and control unit
- 63a, 63b63a, 63b
- kommunikative Verbindungcommunicative connection
- 65a, 65b,65a, 65b,
- Löschvorrichtungenfighting equipment
- 6767
- NotrufzentralePSAP
- 6969
- Schwelbrandsmoldering
- 7171
- Chlormethanchloromethane
- 7373
- BrandmaterialBrand material
- 100100
- großtechnische Anlage zur Holzpelletproduktionlarge-scale plant for wood pellet production
- 101101
- Späne und Hackschnitzel, RohmaterialShavings and wood chips, raw material
- 103103
- Trocknungsanlagedrying plant
- 105105
- TrockenspansiloTrockenspansilo
- 107107
- Metall-/FremdgutabscheiderMetal / Fremdgutabscheider
- 109109
- Konditioniererconditioner
- 111111
- Reifebehältermature container
- 113113
- PellertiermaschinePellertiermaschine
- 115115
- Pelletspellets
- 117117
- Kühlercooler
- 119119
- Pelletsilopellet silo
- 121121
- EndverbraucherConsumer
- 123, 125, 127, 129123, 125, 127, 129
- Brandüberwachung, Chlormathan-DetektorFire monitoring, chloromethane detector
- 131131
- Untersuchung auf Herkunft und Qualität, Chlormathan-DetektorExamination of origin and quality, Chlormathan detector
- 133133
- Bestimmung und Einstellung der Restfeuchte des Rohmaterials, Chlormathan-DetektorDetermination and adjustment of the residual moisture of the raw material, chloromethane detector
- 135135
- Bestimmung von Produktparametern, Chlormathan-DetektorDetermination of product parameters, chloromethane detector
- 150150
- Vorrichtung zum BromidnachweisDevice for detection of bromide
- 151151
- Probenmatrixsample matrix
- 153153
- Reaktionsbehälterreaction vessel
- 155155
- Pektinpectin
- 157157
- Reaktionsprodukte, Brommethan, ChlormethanReaction products, bromomethane, chloromethane
- 159159
- Trägergasescarrier gas
- 161161
- Halogenmethan-Detektor, CMSHalogenated methane detector, CMS
- 163163
- Computer, AuswertungComputer, evaluation
Claims (15)
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---|---|---|---|
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-
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Title |
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SU 667 559 A1 |
SU667559abstract |
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