Mechanische Verfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik Prof

Mechanische Verfahrenstechnik
und Umweltverfahrenstechnik
Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid
Fakultät für Maschinenbau
Partikelgrößenanalyse durch Laserlichtstreuung
Optik und Anordnung zur Laserbeugung (enspricht ISO 13320-1*)
Anwendung: Partikelgrößeanalyse
? Qualitäts- und Produktionskontrolle
z.B. Herstellung von Schokolade, Pigmentherstellung
? Forschung und Entwicklung
Branche: z.B. Lebensmittel, Pharmazeutika, Baustoffe, etc.
-10
Partikelgröße10
1Å
-9
10
-8
10
-7
-6
10
10
-5
-4
10
1 µm
1 nm
-3
10
10
-2
10 m
1 mm 1 cm
Lichtmikroskop
Abbildende Methoden
TEM
REM
Trockensiebung
Partikelgrößenbestimmung :
Laserbeugung im Bereich von
ca. 0,1 m – 10.000 m
Nasssiebung
Mechanische Methoden
Keilmethode
Einzelpartikelzählung
Optische Messung am Kollektiv
Streulichtzähler
?
?
?
?
Paralleler Lichtstrahl (kohärent)
Gesamtes Partikelkollektiv in Küvette
wird durchstrahlt.
Messung der Intensitätsverteilung
‘Coulter-Counter’
Laserbeugung (Lichtstreuung)
Laserbeugungssystem zur Partikelgrößenanalyse
Theorie: Lichtstreuung
Fraunhofer-Theorie:
Lichtbeugung
dp (Partikelgröße) >> λ (Lichtswellenlänge)
Mie-Theorie:
Berücksichtigung der Brechung und Absorption
Gilt für alle Partikelgrößenbereiche
Reflektion
Beugung
(koh. Str.)
Brechung
Probevorbereitung: RODOS (Trocken) und SUCELL (Nass)
Aufgaben der Trockendispergierung
(Rodos)
1. Dosierung
2. Dispergierung
? Scherkraft
? Wandprall
Aufgaben der Nassdispergierung
(SUCELL):
*ISO 13320-1 gilt für Partikelgrößen von 0,1 μm bis ca. 3mm
Laserbeugungssystem zur Partikelgrößenanalyse
Aufbau der Helos & RODOS
Helos im Labor
Darstellung des Ergebnisses mittels WINDOX 5
1. Kleine Probe in Füssigkeitsbehälter
2. Dispergierung durch Scherkraft:
? Rühren ( ist für x > 20 μm ausreichend)
? Ultraschall (Kavitationsblasen, beim Kollabieren sehr hohe Scherkräfte)
Aufbau der SUCELL:
? Edelstahlbecken mit Füllstandssensor
? Überlaufeinlaß
? Deckel mit zwei Rührern,
? automat. Befüllen / Entleeren
? integrierter Ultraschallfinger
? Bedienfeld
? Edelstahldurchflußküvette
Vorteile der Partikelanalyse mittels Laserbeugung
1) erhebliche Zeitersparnis 2) großer Messbereich 3) hohe Flexibilität
4) Stoffdatenfreies Arbeiten auch bei Stoffgemisch im Rahmen der Fraunhofer-Theorie
Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik & Umweltverfahrenstechnik, Fakultät für Maschinenbau, Universität Paderborn, Pohlweg 55, 33098 Paderborn