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Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden und wiederholten Analysieren von mehreren flüssigen oder gasförmigen Gemischen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden und wiederholten Analysieren von mehreren flüssigen oder gasförmigen Gemischen.
In der chemischen Industrie werden häufig Rohstoffe verwendet bzw. Reaktionsprodukte erhalten, die Gemische variabler Zusammensetzung, z. B. Gemische von Gasen oder Lösungen sind. Aus verschiedenen Gründen ist es oft von Nutzen, in kurzen Zeitabständen wiederholte Analysen dieser Gemische durchzuführen.
Von den für die Durchführung von solchen wiederholten Analysen verwendeten Vorrichtungen sind die photometrisch arbeitenden Analysatoren von besonderem Interesse, weil sie die Messergebnisse praktisch sofort liefern.
Bei bekannten Analysatoren dieser Art, die mit infratoter Strahlung arbeiten, bilden die drei Hauptbestandteile, nämlich die Strahlungsquelle, die Analyse nrohre und der Strahlungsempfänger einen einheitlichen festen Block.
In Fabriken, die im allgemeinen mehrere Produktionsanlagen aufweisen, ist es zweckmässig und oft zur Erzielung genauer Messungen sogar erforderlich, jeder dieser einzelnen Anlagen eine eigene Analysevorrichtung zuzuordnen. Solche Messvorrichtungen sind aber verhältnismässig teuer.
DieErfindungbefasstsichmitder Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zum photometrischen Analasieren von Gemischen und geht hiebei von einer Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden und wiederholten Analysieren von mehreren flüssigen oder gasförmigen Gemischen durch Messung der Absorption von Strahlen vorbestimmter Wellenlängen in den Gemischen, mit mehreren Analysenrohren, einer zur einen Seite derselben angeordneten Strahlenquelle und einem zur andern Seite angeordneten Strahlenempfänger aus.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind mehrere Rohre patallel zueinander auf einem Kreis angeordnet, wobei jeweils diametral gegenüberliegende Rohre ein Paar bilden und eines der beiden Rohre als Vergleichskammer dient. Jedem Rohr ist ein eigener Strahlenerzeuger und eine eigene Strahlenempfangskammerund jedem Rohrpaar ein eigenes Anzeigegerät zugeordnet, wobei eine rotierende Blende für jeweils ein Rohrpaar den Strahlengang'kurzzeitig freigibt und ein synchron mit der Blende angetriebener Umschalter das jeweils zugehörige Anzeigegerät einschaltet. Diese bekannte Vorrichtung kann schon infolge ihres kreisförmigen Aufbaues offensichtlich nur mit relativ wenigen Rohren ausgestattet werden.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Vorrichtung der weiter oben angegebenen Art so auszubilden, dass mit dieser Vorrichtung in einfacher Weise auch eine grössere Anzahl von aus verschiedenen Lieferquellen kommenden flüssigen oder gasförmigen Gemischen aufeinanderfolgend und wiederholt photome- trisch analysiert werden können.
Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel im wesentlichen dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung der angegebenen Art eine Vielzahl von getrennten Analysenrohrenparallel zueinander in einer vertikalen oder horizontalen geraden Reihe angeordnet und einzeln mit getrennten Lieferquellen für die Prüfgemische verbunden sind, dass jedem Analysenrohr ein Bezugsrohr zugeordnet ist, welches mit einer Lieferquelle für eine Vergleichsubstanz verbunden ist, dass die Bezugsrohre neben den Analysenrohren und parallel zu diesen in einer Reihe angeordnet sind,
dass eine einzige Strahlenquelle und ein einziger Strahlenempfänger durch eine mechanische Verstelleinrichtung synchron entlang der Rohrreihe durch eine gemeinsame
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ter einem Fensterausschnitt in einem die Analyseneinrichtung umschliessenden Gehäuse verschiebbar ist und anzeigt, welches der Prüfgemische jeweils durchstrahlt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. l zeigt die Vorrichtung in einer teilweise im Vertikalschnittund mit weggebrochenen Wandteilen dargestellten Seitenansicht, die Fig. 2 und 3 sind Querschnitte durch den oberen bzw. unteren Teil der Vorrichtung nach den Linien II-II bzw. Ill-Ill in Fig. 1.
Bei der dargestellten Vorrichtung ist der Analysator in einem Gehäuse untergebracht, das mit Zugangsöffnungen versehen ist, die durch abnehmbare Abdeckplatten 14 verschlossen sind. Der AnalysatorbestehtausdreiHauptteilen, nämlich einer motorisch-mechanischen Einrichtung, einer optischen Einrichtung, zur Ausführung der eigentlichen Analysen und einer Kontrolleinrichtung.
Die motorisch-mechanische Einrichtung enthält Führungsstangen 1, Gewindespindeln 2 und 3, zwei Läufer 21 und22, vondenen der eine eine Strahlungsquelle 4 und der andere einen Strahlungsempfänger 5 trägt, zwei einstellbare Halteeinrichtungen 23 und 24, die eine Einstellung und Fixie- rungder Relativlage der Strahlungsquelle und des Strahlungsempfängers in bezug auf die Analysenrohre in Abhängigkeit von den Abmessungen der verwendeten Analysenrohre ermöglichen, eine zum Antrieb der Gewindespindel 2 und 3 dienende Getriebewelle 25, die an ein mechanisches Wendegetriebe 9 angeschlossen ist, welches zwei Kupplungsmuffen 10 und 11 aufweist, die über Ketten 18 bzw. 19 von einem mit einem Drehzahlreduktionsgetriebe ausgestatteten Hebemotor 17 bzw.
von einem Senkmotor 16 ohne Reduktionsgetriebe angetrieben sind, und schliesslich einen Elektromagneten 20, der überEndlagen-Kontakte 26 und 27 erregt werden kann und abwechselnd einen der Motoren 16oder17 einschaltet.
Die optische Einrichtung zur Durchführung der eigentlichen Analysen besteht aus der Strahlungsquelle
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und gleichzeitig der Höhe nach verschoben werden, und einer Reihe von Rohrpaaren. Jedes dieser Rohrpaare enthält ein Analysenrohr 6, das mit einem Einlassrohr 7 und einem Auslassrohr 8 für eines der zu prüfenden Gemische verbunden ist, und. ein Bezugsrohr 13, das mit einem Einlassrohr 29 und einem Auslassrohr 30 für eine Vergleichssubstanz verbunden ist.
Die Kontrolleinrichtung besteht aus einer Anzeigelampe 12, die mit dem Läufer 21 verbundenistundsichhinter einem Fenster 28 verschiebt, das aus dem den Analysator umschliessenden Gehäuse ausgeschnitten ist und es ermöglicht, die Lage des beweglichen Systems zu beobachten.
Der Analysator kann ausserdem zwischen zwei Schirmen 15 angeordnet werden, welche die Strahlungsquelle und den Strahlungsempfänger gegen störende Einwirkungen des Lichtes und der umgebenden
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der Analyse geöffnet werden.
Die beschriebene Vorrichtung kann selbstverständlich verschiedentlich abgewandelt werden. So kann z. B. statt der beiden Motoren 16 und 17 ein einziger Motor vorgesehen werden, der mit einem Drehzahlreduktionsgetriebe und einem Wendegetriebe ausgestattet ist.
Bei der in-den Zeichnungen dargestellten Vorrichtung erfolgt die Verschiebung des beweglichen Systems in vertikaler Richtung. Die Vorrichtung kann jedoch auch so ausgebildet werden, dass diese Verschiebung in horizontaler Richtung oder, falls die Analysenrohre in Form eines Rohrkranzes angeordnet sind, entlang einer Kreisbahn erfolgt.
Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Systems Strahlungsquelle-Strahlungsempfänger wird in Abhän- gigkeit'von der Ansprechgeschwindigkeit des Empfängers gewählt. Je nach der Natur der auszuführenden Analyse kann die Verschiebungsbewegung kontinuierlich oder diskontinuierlich, d. h. mit zeitweisem Stillstand vor jedem Analysenrohr, stattfinden. Eine schrittweise Bewegung kann beispielsweise durch eine mechanische Einrichtung mit einem Malteserkreuzgetriebe erzielt werden. Die Verschiebung kann auch mit derart variabler Geschwindigkeit bewirkt werden, dass die Verschiebung vor den Rohren langsamer erfolgt als zwischen den Rohren. Eine solche Verschiebungsbewegung kann insbesondere unter Verwendung eines Getriebes mit elliptischen Zahnrädern erzielt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders gut zur Ausführung von aufeinanderfolgenden und wiederholten Analysen, einer Vielzahl von gasförmigen Gemischen.
Die Art der verwendeten Strahlung (infrarotes, sichtbares oder ultraviolettes Licht) hängt von der Beschaffenheit der zu messenden gasförmigen Substanz ab. Bei der Analyse von gasförmigen Verbindungen wird vorzugsweise eine Quelle für Infrarotstrahlung verwendet, weil die meisten dieser Gase Strahlung in
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diesem Bereich absorbieren.
Eine besonders wichtige Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bietet sich bei der Bestimmung des Gehaltes an Wasserstoff in Chlor, das aus den Zellen einer Anlage zur Elektrolyse von wässerigen Lösungen von Natriumchlorid stammt. Diese Bestimmung ist erforderlich, weil eine bestimmte Konzentration von Wasserstoff in einem gasförmigen Gemisch dieser Art eine explosive Reaktion des Wasserstoffes mit dem Chlor auslöst, wodurch die Anlage gefährdet wird.
Für die genannte spezielle Verwendung erweist sich die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Analysenvorrichtung mit vertikaler Verschiebungsbewegung als besonders gut geeignet, wenn zur Analyse infrarote Strahlung angewendet wird.
Die Vorrichtunghatso viele Paare von Rohren wie Elektrolysezellen vorhanden sind, wobei jedes Ana- lysenrohr mit einer dieser Zellen verbunden ist. Das aus der Zelle kommende Chlorgas gelangt nach Durchgang durch einen Trockner in eine Einrichtung (z. B. einen Ofen), in der sich der im Chlor enthaltene Wasserstoff zu Chlorwasserstoff verbindet, wonach das Gasgemisch durch das Einlassrohr 7 des zugeordneten Analysenrohres in dieses eintritt. Aus dem Analysenrohr tritt das Gasgemisch durch das Auslassrohr 8 aus und strömt in ein gemeinsames Sammelrohr oder auch in ein besonderes Abfuhrrohr ab. Eine Pumpe, die z. B. in Strömungsrichtung vor dem Analysator angeordnet ist, gewährleistet eine regelmässige und kontinuierliche Durchströmung der Analysenrohre.
Um in allen Zufuhrleitungen für das Chlor zu den Analysenrohren eine gleichbleibende Liefermenge zu erzielen, können bekannte Massnahmen angewendet werden ; beispielsweise können in den Einlassleitungen 7 genau einstellbare Diaphragmen angeordnet werden.
Jedes der Bezugsrohre 13 ist durch seine Einlassleitung 29 mit einer Lieferquelle für ein Gas unveränderlicher Zusammensetzung verbunden. Dieses Gas strömt ebenfalls mit einer geregelten Liefermenge zu und verlässt das Bezugsrohr durch dessen Auslassrohr 30. Zur Vereinfachung der Vorrichtung können gewünschtenfalls alle Bezugsrohre 13 ohne weiteres durch ein einziges Bezugselement ersetzt werde n.
Als Vergleichsgas ist zwar jedes reine, einfache Gas, z. B. Stickstoff, geeignet, doch wird für diesen Zweck vorzugsweise das aus der Elektrolysezelle kommende Chlorgas verwendet. In diesem Falle durch- strömtdas auseiner bestimmten Elektrolysezelle austretende Chlorgas der Reihe nach einen Trockner, das zugeordnete Bezugsrohr 13, einen Ofen, in dem die Verbindung zu Chlorwasserstoff erfolgt, und sodann das zugeordnete Analysenrohr 6, aus dem das Gas schliesslich in ein Sammelrohr abströmt.
Bei dieser Arbeitsweise werdendas Messergebnis störende Absorptionen und andere Verfälschungen ausgeschaltet, die durch gegebenenfalls im Chlorgas vorhandene andere zusammengesetzte Gase verursacht werden können, z. B. durch Kohlensäureanhydrid, das wie Chlorwasserstoff Strahlung im infraroten Spektralbereich absorbiert.
Um die Analysenrohre und die Bezugsrohre gegen die Korrosionswirkung von Chlor und Chlorwasserstoff beständig zu machen, werden bei Verwendung von Glasrohren die Rohre innen mit einer Tantalschicht überzogen.
Der Strahlungsempfänger ist mit reinem Chlorwasserstoff gefüllt oder noch besser mit einem nicht korrosiven Gemisch, das im infraroten Spektralbereich Strahlenmiteiner Wellenlänge absorbiert wie sie auch von Chlorwasserstoff absorbiert werden. Für diesen Zweck ist ein Propan-Butadien 1, 3-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis 2 : 1 sehr gut geeignet.
Wenn sich die Läufer 21 und 22 mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger in ihrer tiefsten Stellung befinden, so wird über den unteren Endlagen-Kontakt 27 der Elektromagnet 20 erregt, der hiebei die Einschaltung des Motors 17 auslöst, durch den das bewegliche System langsam mit einer durch das Drehzahlreduktionsgetriebe bestimmten Geschwindigkeit nach oben bewegt wird.
Beim Vorbeigang vor den einzelnen Rohrpaaren werden nacheinander die in den zugeordneten Gasgemischen vorhandenen Mengen an Chlorwasserstoff gemessen.
Der hiebei im Strahlungsempfänger verursachte wechselnde Druck wird in elektrische Spannung umgewandelt, die nach Verstärkung, z. B. mit einem Millivoltmeter, gemessen wird, das mit einer in Prozent Wasserstoffgehalt graduierten Messskala versehen ist und gegebenenfalls an ein Registrierschreibgerät angeschlossen sein kann.
Wenn das System Strahlungsquelle-Strahlungsempfänger seine höchste Stellung in der Vorrichtung erreicht, so wird der Elektromagnet 20 über den oberen Endlagen-Kontakt 26 erregt. wodurch unter Abschaltung des Motors 17 die Einschaltung des Motors 16 bewirkt wird, durch den das bewegliche System wieder nach unten verschoben wird, bis die Betätigung des Kontaktes 27 den Beginn eines neuen Analysenzyklus einleitet.