-
Vorrichtung zur kontinuierlichen Analyse von Gasgemischen Die Erfindung
bezieht sich auf eine ATorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher Gasanalysen
mit Hilfe der manometrischen Mengenmessung. Das Verfahren hat besondere Bedeutung
für die gleichzeitige Mengenmessung und Prüfung der Zusammensetzung von Gasgemischen
bei der Anwendung dieser Verfahren auf die Untersuchung strömender Gase oder Gasgemische.
-
Für diese Mengenmessung sind je nach den Anforderungen bezüglich der
Strömungsgeschwindigkeit verschiedene Methoden bekannt, unter denen sich die manometrischen
Verfahren für Laboratoriumsversuche bei den dort iiblichen Gasgeschwindigkeiten
zwischen 0,1 und 10 cm/Sek. am besten eignen. Bei diesen Verfahren werden die durch
Querschnittsänderung hervorgerufenen Druckänderungen mìt einem an die zur Druckstauung
meist verwendete Kapillare angeschlos senen Manometer gemessen.
-
Sehr häufige Anwendung findet eine in »Chemie für Labor und Betrieb«
(1957), S. 406 bis 410, angegebene Methode. Bei diesem sogenannten Differenzdruckverfahren
zeigt ein an das Ende der Kapillare angeschlossenes Manometer die Druckdifferenz
zwischen dem Druck des angestauten Gases und dem Bezugsdruck an. Als Bezugsgröße
für die Druckmessung kann der Atmosphärendruck verwendet werden, wenn die kapillare
ins Freie mündet. In Fig. 1 ist eine Anordnung vereinfacht dargestellt, wie sie
zur Durchführung des an sich bekannten Verfahrens verwendet wird.
-
Von links strömt ein zu analysierendes, im Beispiel aus drei Komponenten
bestehendes Gasgemisch an. In die Leitung 1 für das Gasgemisch sind mehrere Einrichtungen
zur Absorption bestimmter Gaskomponenten mit vor- und nachgeschalteten Einrichtungen
zur Mengenmessung durch Stauung und Differenzdruckmessung eingeschaltet. Zur Stauung
sind Kapillaren 3 vorgesehen, zur Differenzdruckmessung Flüssigkeitsmanometer 4.
Diese messen den Differenzdruck zwischen dem Staudruck vor der Kapillare und einem
Bezugsdrucl<, im vorliegenden Falle dem Atmosphärendruck. Die Absorptionsgefäße2
dienen dazu, jeweils eine Komponente aus dem Gasgemisch zu entfernen. Bedingt durch
den Strömungswiderstand jeder Kapillare 3 bildet sich eine Stauung aus. Der Druckanstieg
an der Kapillare ist proportional der je Zeiteinheit durchströmenden Gasmenge, Nach
Durch strömen der ersten Kapillare gelangt das Gasgemisch in das erste Absorptionsgefäß,
in dem eine Gaskomponente aus dem Gemisch heraus absorbiert, gelöst oder auf andere
Weise beseitigt wird. Die übrigbleibenden zwei Komponenten werden nach Durchströmen
eines Trockenrohres 5 vor der nächsten Kapillare gestaut.
-
Vor dieser Kapillare ist ein zweites Flüssigkeitsmanometer 4 angeschlossen.
Man mißt dort wiederum den Differenzdruck der noch vorhandenen beiden Gaskomponenten
gegenüber dem Bezugsdruck. Im dritten Teil der Anordnung wird abermals eine Komponente
beseitigt. Der Partialdruck der letzten Komponente wird an einer weiteren Kapillare
3 gemessen. Hinter der letzten Kapillare entweicht das Restgas in die Atmosphäre.
Durch Messung der vorgenannten Differenzdrücke an jeder Kapillare erhält man so
die PartialdrÜCkePD PII, PIII USW. der einzelnen Komponenten und kann nach Kenntnis
dieser Werte auf die Durch-Rußmengen schließen. Um den Anteil der einzelnen Komponenten
im Gasgemisch zu erhalten, muß die Anordnung geeicht werden. Eine hierzu brauchbare
Eichkurve ist in Fig. 2 dargestellt. Sie gibt für einen speziellen Fall das gemessene
Druckverhältnis PI: PIII in Abhängigkeit von der Konzentration eines Dreikomponentengemisches,
bestehend aus CO, CO2 und S °2' an. Aus Kurvenparameter ist das Verhältnis CO2:CO
angegeben. Aus einer weiteren Eichkurve, die das Druckverhältnis PII SPIII in Abhängigkeit
von dem KonzentrationsverhältnisCO2:CO angibt, kann die relative Komponentenverteilung
im Gesamtgemisch ermittelt werden. Ein quantitatives Analysenergebnis erhält man,
wenn man noch eine Komponente, z. B.
-
PIII, abSolut mißt.
-
Das vorstehend beschriebene Analysenverfahren läßt sich ohne Schwerigkeit
auf n Komponenten (n=beliebig) ausdehnen. Dazu ist es lediglich notwendig, n Differenzdruckmesser,
n Kapillaren und n1 Absorptionsgefäße in entsprechender Weise zu-
sammenzuschalten.
Die momentane Gaszusammensetzung erhält man, wenn man in einem bestimmten Augenblick
alle Druckwerte abliest, aus den einzelnen Druckwerten die numerischen Beträge der
Druckverhältnisse entsprechend Pp g (i=2, 3, 4.. . ) bildet und mit diesen Werten
in die Eichkurven eingeht. Die integrale Gaszusammensetzung erhält man, wenn man
jede einzelne Komponentenkonzentration in Abhängigkeit von der Zeit t aufträgt und
anschließend das Integral bildet. Die Einzelablesung der Druckwerte ist für die
industrielle Verwertung dieser Methode jedoch nicht anwendbar, da sie einen zu großen
Zeitaufwand erfordert.
-
Erfindungsgemäß läßt sich dieser Nachteil dadurch vermeiden, daß
in einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Analyse von Gasgemischen eine oder mehrere
Einrichtungen zur Absorption bestimmter Gaskomponenten mit vor- und nachgeschalteten
Einrichtungen zur Mengenmessung verwendet werden, wobei zur Mengenmessung Membranmanometer
mit einer Einrichtung zur Umwandlung der Membranauslenkungen in elektrische Spannungen
oder Ströme und einem angeschlossenen Schreib- bzw. Anzeigegerät vor gesehen sind.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgeführt sein, daß
die druckproportionalen Ausgangsspanungen oder Ausgangsströme der einzelnen Druckmesser
jeweils paarweise Quotientenmeßwerken zugeführt werden, die eine direkte Ablesung
des Druck- bzw. Mengenverhältnisses gestatten. Diese Einrichtung bietet ferner die
vorteilhafte Möglichkeit, die druckproportionalen Ausgangspannungen oder Ausgangsströme
gleichzeitig von mehreren Schreibsystemen oder zyklisch nacheinander von einem Mehrfachschreiber
aufzeichnen zu lassen. Schließlich kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch so
ausgeführt sein, daß zur Bildung des Quotienten zweier Ausgangsspannungen oder einer
Ausgangsspannung und einer festen Bezugsspannung ein Kompensationsschreiber vorgesehen
ist, dessen Kompensationsspannungsquelle K zur wahlweisen Quotientenbildung zwischen
der von ihr gelieferten Bezugspannung und einer druckabhängigen Meßspannung verwendet
wird, oder bei abgeschalteter Kompensationsspannungsquelle das Verhältnis zweier
druckabhängiger Meßspannungen registriert wird.
-
In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung
zur kontinuierlichen Analyse von Gasgemischen gemäß der Erfindung in vereinfachter
Form dargestellt.
-
Das zu analysierende Gasgemisch strömt bei 1 in das System ein und
verläßt es wieder bei 2. Das zwischen den beiden Punkten 1 und 2 verlaufende Rohrsystem
enthält die Kapillaren Kt, K2 und K8 sowie die Absorptionsgefäße A1 und 2. Außerdem
sind die Membranmanometermeßköpfe Mo, M2 und M3 vorgesehen, deren Anschlüsse zu
den elektrischen Betriebsgeräten Bl, B2 und B3 führen. Die Ausgangsklemmen der genannten
Betriebsgeräte sind dabei so mit dem motorbetriebenen Umschalter S1, S2, S8 und
S4 verbunden, daß die Kontakte 1, 2, 3; 1', 2', 3' usw. in zyklischer Reihenfolge
geschlossen werden, wodurch die Ausgänge der Betriebsgeräte auf den als Registriergerät
verwendeten Kompensationsschreiber KS geschaltet werden. Die Schaltebene S4 des
vorgenannten motorbetriebenen Umschalters schaltet die Kompensaflonsspannungsquelle
je nach Schaltstellung dieses Umschalters entweder auf den Meßwiderstand Rades Kompensationsschreibers
oder auf den Wider-
stand R5, wenn im Kompensationsschreiber das Verhältnis zwischen
zwei Meßspannungen, beispielsweise zwischen den Ausgangsspannungen des Betriebsgerätes
B2 und B3 gebildet werden soll. Die Widerstände R8 und R2 dienen dazu, auch bei
abgeschaltetem Eingang des Kompensationsschreibers die Ausgänge der Betriebsgeräte
mit ihrem Anpassungswiderstand abzuschließen. Die Widerstände Rl und R4 dienen in
Verbindung mit dem Meßwiderstand des Kompensationsschreibers Rm dazu, bei der Verhältnisbildung
eine Uberlastung des Einganges des Kompensationsschreibers zu verhindern.
-
In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel wird in der Stellung 3 des
Umschalters der Druck P1I1, in der Stellung 2 das Druckverhältnis P1I : P11I und
in der Stellung 1 das Druckverhältnis PI :PII von dem Kompensationsschreiber registriert.
Die Meßwerte erscheinen dann auf dem Registrierstreifen des Kompensationschreibers
KS in Form von nahe beieinander liegenden Punkten.
-
Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung noch weitere Variationen und Ausführungen
möglich.
-
Eine erfindungsgemäße Anordnung kann auch so getroffen werden, daß
jedem Membranmanometer ein besonderer Regelverstärker und eine Schreibeinrichtung
zugeordnet wird, so daß die entsprechenden Schreibgeräte jeweils die Größen PI:
PII, PII :PUI oder PIII allein registrieren. Die Meßwerte erscheinen dann als kontinuierlich
geschriebene Linie. Eine weitere Anordnung kann auch so getroffen werden, daß nur
ein Schreiber verwendet wird, der in diesem Fall zweckmäßig als Mehrfachschreiber
ausgebildet ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können an Stelle
der Schreiber auch anzeigende Ouotientenmeßwerke Verwendung finden, wobei die elektrischen
Ausgänge von je zwei Betriebsgeräten auf die Eingangsklemmen eines solchen Quotientenmeßwerks
geschaltet werden. Auf der Skala dieser Meßgeräte können dann direkt die Werte pi
1 bzw. P n Pi abgelesen werden.
-
PATENTANSPRtSCHE i. Vorrichtung zur kontinuierlichen Analyse von
Gasgemischen, bei der in eine Leitung für das Gasgemisch eine oder mehrere Einrichtungen
zur Absorption bestimmter Gaskomponenten mit vor-und nachgeschalteten Einrichtungen
zur Mengenmessung mittels Stauung und Differenzdruckmessung eingeschaltet sind,
dadurch gekcnnzeidinet, daß zur Differenzdruckmessung Membranmanometer mit einer
Einrichtung zur Umwandlung der Membranauslenkungen in elektrische Spannungen oder
Ströme und einem angeschlossenen Schreib- bzw. Anzeigegerät vorgesehen sind.