DE1076403B

DE1076403B - Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung reaktionsfaehiger Gasbestandteile, insbesondere von spurenweise vorhandenem Sauerstoff

Info

Publication number: DE1076403B
Application number: DER16834A
Authority: DE
Inventors: Theodor Van Der List; Erwin Schuering; Wilhelm Gerhard Linssen; Wilhelm Brockmann
Original assignee: Ruhrchemie AG
Current assignee: Ruhrchemie AG
Priority date: 1955-06-11
Filing date: 1955-06-11
Publication date: 1960-02-25
Also published as: BE548523A; GB834816A; CH347025A

Description

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die in strömenden Gasmedien vorhandene reaktionsfähige Bestandteile, insbesondere Sauerstoff, kolorimetrisch ermitteln. Im Gleichstrom mit einer Indikatorflüssigkeit durchströmt das Gas hierbei fortlaufend eine Mischvorrichtung und danach eine Küvette, wo die Färbung der Lösung durch fotomechanische Einrichtungen mit der Farbe der frischen Indikatorlösung verglichen wird. Es sind auch bereits Apparate bekannt, die das zu untersuchende Gas im Gegenstrom durch eine Mischstrecke geeigneter Länge führen, wo es gegebenenfalls mit zwei verschiedenen, in abgemessenen Mengen zugesetzten Flüssigkeiten unter Färbung reagiert. Das Ausmaß dieser Färbung kann fotometrisch oder auf andere geeignete Weise fest" gestellt werden.

Derartige Vorrichtungen arbeiten ungenau, weil keine völlig synchrone Dosierung der Gasmenge und der mit ihr zu vermischenden Indikatorlösung vorgenommen wird. Auch ist meist keine Gelegenheit vorhanden, daß die Umsetzung zwischen Gasbestandteilen und Indikatorlösung stets in gleicher Weise beendet wird. Vor dem Vergleich zwischen der nicht umgesetzten und der umgesetzten Indikatorlosung hat man außerdem die letztere nicht oder nicht völlig von den aufgenommenen Gasblasen befreit.

Diese Nachteile werden von dem erfindungsgemäßen Meßgerät dadurch vermieden, daß dieses — das mit zwei von der gleichen Lichtquelle durchstrahlten Küvetten arbeitet, die einerseits in der Zuflußleitung und andererseits in der Abflußleitung der Untersuchungsflüssigkeit liegen, wobei hinter den Küvetten Fotozellen vorhanden sind, die in Differenzschaltung mit einem den Gehalt an zu bestimmenden Gasbestandteilen angebenden Meßgerät in Verbindung stehen — mit zwei antriebsgekoppelten Förderpumpen für die genau dosierte Zufuhr des zu untersuchenden Gases aus einer Entnahmeleitung und der zur Analyse verwendeten Untersuchungsflüssigkeit aus einem Vorratsgefäß versehen ist, deren Druckleitungen mit einer getrennte Zufluß öffnungen für die Reaktionsteilnehmer besitzenden Mischdüse verbunden sind, an die ein langgestreckter Reaktionsraum, insbesondere eine Rohrschlange, für die vollständige Umsetzung zwischen Gas und Untersuchungsflüssigkeit angeschlossen ist, an deren Ende sich ein mit Fallrohr versehener Entgaser befindet, dessen Fallrohr mit dem Vorratsbehälter für die Untersuchungsflüssigkeit und dessen Kopf mit einer Flüssigkeitsvarlage verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Bestimmung zahlreicher reaktionsfähiger Gasbestandteile geeignet. Mit ihrer Hilfe kann beispielsweise die Anwesenheit von Sauerstoff, Schwefeldioxyd, Vorrichtung

zur fortlaufenden Bestimmung

reaktionsfähiger Gasbestandteile,

insbesondere von spurenweise

vorhandenem Sauerstoff

Anmelder:

Ruhrchemie Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId.)-Holten

Theodor van der List, Oberhausen (RhId.)-Holten,

Erwin Scouring, Duisburg-Beeck,

Wilhelm Gerhard Linssen, Oberhausen (RhId.),

und Wilhelm Brockmann, Oberhausen (RhId.)-Holten, sind als Erfinder genannt worden

Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff, Zyanwasserstoff, Fluorwasserstoff, Stickoxyden, Kohlenwasserstoffen und organischen Lösungsmitteln zahlenmäßig festgestellt werden. Hierfür verwendet man den zu bestimmenden Gasbestandteilen angepaßte Untersuchungsflüssigkeiten, welche auf die in Frage kommenden reaktionsfähigen Bestandteile eindeutig ansprechen und hierbei eine Farbänderung verursachen. Die eintretende Farbänderung wird durch Vergleiche der beiden Küvetten ermittelt, die einerseits von der frischen Lösung und andererseits von der mit dem zu untersuchenden Gas in Berührung gekommenden Lösung durchströmt werden.

Besonders wichtig ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Ermittlung von geringen Sauerstoffspuren in industriellen Gasen. Hierzu verwendet man die bekannte, sehr empfindliche Farbreaktion von Sauerstoff mit ammoniakalischer Kupferchlorürlösung, die unter Blaufärbung im Sinne der nachstehenden Gleichung verläuft;

4 Cu Cl+2 H₂ O+ 16 N H₃+O₂

=2 Cu(NH₃)₄Cl₂+2 Cu(NHg)₄ (OH)₂-

Wenn das untersuchte Gas und ammoniakalische Kupferchlorürlösung in konstantem Mengenverhältnis miteinander vermischt werden und in der nachgeschalteten Reaktionsstrecke zur Umsetzung kommen, ist der Grad der eintretenden Blaufärbung ein Maß für den Sauerstoffgehalt des untersuchten Gases.

909 757/257

Aus der Meßküvette fließt die von dem untersuchten Gas abgetrennte Lösung in einen Vorratsbehälter zurück, der feinverteiltes metallisches Kupfer in Form von Drehspänen, Drahtstücken, Blechabfällen oder in ähnlicher Form enthält. Die in der zurücklaufenden Küvettenflüssigkeit vorhandenen zweiwertigen Kupferverbindungen werden auf Grund der nachstehenden Gleichungen durch das im Vorratsbehälter vorhandene metallische Kupfer wieder in einwertiges Kupferchlorür zurückverwandelt.

2Cu(NH₃)₄Cl₂-l-2Cu=4CuCl+8NH₃ (1)

2 Cu (NHg)₄ (OH)₂+4 NH₄Cl+2 Cu

=4 CuCl+8 NH₃-H NH₄OH (2)

Die auf diese Weise im Vorratsbehälter regenerierte Kupferchlorürlösung kehrt in den Verfahrenskreislauf zurück und wird von neuem zur Sauerstoffbestimmung benutzt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man sowohl sehr große als auch sehr geringe prozentuale Mengen von Sauerstoff oder anderen reaktionsfähigen Stoffen im Gasmedium bestimmen. Bei nur spurenweiser Anwesenheit werden kontinuierlich große Gasmengen mit der Untersuchungsflüssigkeit zur Umsetzung gebracht, während bei hohem Gehalt an den zu ermittelnden Stoffen kleine Gasmengen mit ausreichend großen Mengen der Untersuchungsflüssigkeit vermischt werden.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Meßgerätes und seine Wirkungsweise sind in der schematischen Zeichnung an einer mit Hilfe von Kupferchlorürlösung durchzuführenden Sauerstoff bestimmung erläutert. Antriebsvorrichtungen für die erforderlichen Gas- und Flüssigkeitspumpen und sonstige rein mechanische Einrichtungen sind ebenso wie die Verstärker für die Fotozellen nicht dargestellt oder nur angedeutet.

Das über Leitung 1 zuströmende Gas wird von der Dosierpumpe 2 angesaugt und durch Leitung 3 in eine Mischdüse 4 gedrückt. Gleichzeitig wird von der Dosierpumpe 5 über Leitung 6 aus dem Gefäß 18 Kupferchlorürlösung angesaugt und durch Leitung 9 ebenfalls der Mischdüse 4 zugeführt. Hierbei durchströmt die Reaktionsflüssigkeit eine Küvette 8 (Vergleichsküvette).

Das Gemisch aus Gas und Untersuchungsflüssigkeit (Kupferchlorürlösung) durchläuft darauf die aus einer Rohrschlange bestehende Reaktionsstrecke 10. Über Leitung 11 gelangt die Mischung sodann in den Entgaser 12, aus dem die nicht umgesetzten Anteile des zu untersuchenden Gases durch Leitung 13 entweichen. Die Gasreste durchströmen hierbei eine mit einer geeigneten Sperrflüssigkeit gefüllte Vorlage 14, die das Eindringen von Luft verhindert.

Aus dem Entgaser 12 fließt die in ihrer Farbe veränderte Kupferchlorürlösung durch Leitung 15 in eine Küvette 16 (Meßküvette), um danach durch Leitung 17 in das Gefäß 18 zurückzukehren, das neben Kupferchlorürlösung auch metallisches Kupfer und gelöstes Ammoniak enthält. Durch eine Rohrleitung 19 ist das Gefäß 18 mit einem hochliegenden Behälter 20 (Niveaugefäß) verbunden, aus dem frische Kupferchlorürlösung, zum Ersatz der eintretenden Reagensverluste zugeführt wird. Die erhöhte Anordnung des Vorratsgefäßes 20 bietet Gewähr dafür, daß die Meßküvette 16 stets gasblasenfrei mit Flüssigkeit angefüllt ist.

Zur Nulleinstellung können die Leitungen 9 und 15 durch die Ventile 9 α und ISa abgesperrt werden. Unterhalb dieser Ventile ist eine Verbindungsleitung 21 vorhanden, in der ein Ventil 21 α liegt. Wenn die Ventile 9 α und 15 α geschlossen sind, wird nach Öffnung des Ventils 21 α die von der Pumpe 5 geförderte Lösung aus der Vergleichsküvette 8 unmittelbar in die Meßküvette 16 befördert. Beide Küvetten werden durch eine gemeinsame Lichtquelle 22 beleuchtet. Die hinter den Küvetten 8 bzw. 16 vorhandenen Fotoelemente 23 bzw. 24 sind durch elektrische Leitungen mit den Potentiometern 25 und 26 und über diese mit dem Registriergerät 27 (Punktschreiber) und elemente 23 bzw. 24 sind durch elektrische Leitundem Anzeigegerät 31 verbunden. Mit Hilfe der Potentiometer 25 und 26 (Widerstände) werden die gegeneinanderwirkenden elektromotorischen Kräfte der Fotoelemente 23 und 24 derart gegeneinander abgestimmt, daß die Meßergebnisse sich in brauchbaren Skalenwerten registrieren lassen.

In den Gang der Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 22 durch die Küvetten 8 und 16 fallen, können Blenden 28 und 29 eingeschoben werden. Mit Hilfe der verstellbaren Blende 28 im Strahlengang der Vergleichsküvette 8 wird die Nullstellung der Geräte 27 und 31 eingeregelt. Zur Einstellung der Skalenendwerte des Anzeigegerätes 31 und des Registriergerätes 27 dient eine in den Strahlengang der Meßküvette 16 einschaltbare Blende 29, deren Stellung an der Skala 30 abgelesen werden kann. Auf diese Weise kann man das jeweils gewünschte Meßintervall über die gesamte Skalenbreite ausdehnen. Mit Hilfe der Potentiometer 25 und 26 sowie der Blenden 28 und 29 kann man den jeweils gewünschten Meßbereich des Registriergerätes 27 und des Zeigerinstrumentes 31 einstellen.

Durch die Nulleinstellung und Anzeigekontrolle werden die Meßwerte auch unabhängig von etwa auftretenden Schwankungen des von der Lampe 22 ausgesandten Lichtes und von der Empfindlichkeit der Fotozellen 23 und 24. Alle Änderungen der optischen Eigenschaften der Untersuchungslösung werden durch die gleichzeitig verwendete Vergleichsküvette 8 berücksichtigt.

Bis auf die Instrumente 27 und 31 werden alle aus der, Zeichnung ersichtlichen Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein abgeschlossenes Gehäuse eingebaut. Sowohl das Registriergerät 27 als auch das Anzeigegerät 31 lassen sich an beliebiger Stelle anbringen. Mit Hilfe von üblichen Fernübertragungseinrichtungen können die ermittelten Meßwerte dann an beliebiger Stelle des Betriebs abgelesen werden. Hierbei ist es zweckmäßig, daß der Gehalt an den zu bestimmenden Gasbestandteilen, insbesondere an Sauerstoff, unmittelbar in Volumprozenten abgelesen werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung reaktionsfähiger Bestandteile in strömenden Gasen, insbesondere zur genauen Bestimmung von spurenweise vorhandenem Sauerstoff mit zwei von der gleichen Lichtquelle durchstrahlten Küvetten, die einerseits in der Zuflußleitung und andererseits in der Abflußleitung der Untersuchungsflüssigkeit liegen, wobei hinter den Küvetten Fotozellen vorhanden sind, die mit den Gehalt an den zu bestimmenden Bestandteilen angebenden elektrischen Meßgeräten in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch zwei antriebsgekoppelte Förderpumpen (2, 5) für die genau dosierte Zufuhr des zu untersuchenden Gases aus einer Entnahmeleitung (1) und der zur Analyse ver-

wendeten UntersuchungsMssigkeit aus einem Vorratsgefäß (18), deren Druckleitungen (3, 9) mit einer getrennte Zufluß öffnungen für die Reaktionsteilnehmer besitzenden Mischdüse (4) verbunden sind, an die ein langgestreckter Reaktionsraum, insbesondere eine Rohrschlange (10), für die vollständige Umsetzung zwischen Gas und Untersuchungsflüssigkeit angeschlossen ist, an deren Ende sich ein mit Fallrohr versehener Entgaser (12) befindet, dessen Fallrohr (15) mit dem Vorratsbehälter (18) für die Untersuchungsflüssigkeit und dessen Kopf mit einer Flüssigkeitsvorlage (14) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß (18) für die Untersuchungsflüssigkeit gleichzeitig Stoffe, beispielsweise metallisches Kupfer, zur Regenerierung der Untersuchungsflüssigkeit enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Leitungen (9, 15), die einerseits von der Vergleichsküvette (8) zur Mischdüse (4) und andererseits vom Entgaser (12) zur Meßküvette (16) führen, eine Verbindungsleitung (21) angeordnet ist, wobei in dieser Verbindungsleitung und in den mit dem jeweils oberen Ende der Küvetten (8, 16) verbundenen Leitungen (9, 15) oberhalb der Verbindungsleitung (21) Absperrventile (9 a, 16 a, 21 a) derart eingeschaltet sind, daß die Untersuchungsflüssigkeit von der Vergleichsküvette (8) gegebenenfalls unmittelbar in die Meßküvette (16) fließen kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschriften Nr. 554658, 454 834,
978;

USA.-Patentschrift Nr. 2 641 710.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen