DE1124737B

DE1124737B - Device for regulating an ozone concentration in an air stream

Info

Publication number: DE1124737B
Application number: DEF32030A
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfram Breuer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1960-09-02
Filing date: 1960-09-02
Publication date: 1962-03-01

Description

Vorrichtung zur Regelung einer Ozonkonzentration in einem Luftstrom Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung einer Ozonkonzentration in einem Luftstrom, die aus einem Reaktionsgefäß mit einer Zuführung für die Titerlösung und einer Düse zur Zerstäubung der umlaufenden Reaktionslösung mittels der Prüfluft besteht sowie einer Meßzelle mit Elektroden, die mit dem Reaktionsgefäß über ein Steigrohr verbunden ist.Device for regulating an ozone concentration in an air stream The invention relates to a device for controlling an ozone concentration in a stream of air emerging from a reaction vessel with a feed for the titer solution and a nozzle for atomizing the circulating reaction solution by means of the test air consists as well as a measuring cell with electrodes, which are connected to the reaction vessel via a Riser is connected.

Die Prüfung von Kautschuk auf Alterungs-und Wetterbeständigkeit erfolgt vorzugsweise durch mechanische Beanspruchung entsprechender Proben bei gleichzeitiger Einwirkung von Ozon. Dabei muß der Ozongehalt reproduzierbar einzustellen sein und über die Versuchsdauer konstant gehalten werden. Es wird mit Konzentrationen von einigen 1.0-8 bis 10-6 Volumteilen Ozon in Luft gearbeitet.The testing of rubber for resistance to aging and weather is preferably carried out by subjecting appropriate samples to mechanical stress with simultaneous exposure to ozone. The ozone content must be reproducible and must be kept constant over the duration of the experiment. It works with concentrations of a few 1.0-8 to 10-6 parts by volume of ozone in air.

Es ist bekannt, die Einstellung und Regelung der Ozonkonzentration über ein kontinuierliches elektrochemisches Titrierverfahren vorzunehmen. Ein konstanter Teilstrom des zu regelnden Luftstromes wird mit einer gepufferten Kaliumjodidlösung vorgegebenen Volumens in so engen Kontakt gebracht, daß das Ozon quantitativ aus dem Kaliumjodid unter Bildung von Kaliumhydroxyd freies Jod erzeugt. Gleichzeitig wird durch Zufuhr von Natriumthiosulfat das freie Jod in Natriumjodid zurücktitriert. Eine vorgegebene Konzentration freien Jods kann genau nur dann in der Lösung eingehalten werden, wenn gleichzeitig eine der konstant zutropfenden Natriumthiosulfatlösung äquivalente Menge Ozon zugeführt wird. Mit der Menge des zudosierten Natriumthiosulfats wird der Sollwert des Ozongehaltes im Luftstrom festgelegt.It is known to adjust and control the ozone concentration to be carried out using a continuous electrochemical titration process. A constant Partial flow of the air flow to be regulated is mixed with a buffered potassium iodide solution given volume in such close contact that the ozone is quantitatively out generates free iodine from potassium iodide with the formation of potassium hydroxide. Simultaneously the free iodine is titrated back into sodium iodide by adding sodium thiosulphate. A given concentration of free iodine can only then be maintained in the solution if at the same time one of the constantly dropping sodium thiosulphate solution equivalent amount of ozone is supplied. With the amount of sodium thiosulphate added the setpoint of the ozone content in the air flow is determined.

In die Lösung tauchen zwei Platinelektroden, zwischen denen eine Gleichspannung anliegt. Ein Stromdurchgang wird durch die Polarisation der Elektroden verhindert. Beim Auftreten freien Jods erfolgt eine Depolarisation. Der Depolarisationsstrom ist ein Maß für die Konzentration des freien Jods. Als Indikator für die vorgegebene Konzentration freien Jods dient der dieser Konzentration entsprechende Depolarisationsstrom. Seine Abnahme bedeutet überschuß an Natriumthiosulfat, also einen zu geringen Ozongehalt desLuftstromes. über elektrischeSchaltelemente wird in diesem Fall die Ozonerzeugung verstärkt und bei Erreichen des vorgegebenen Depolarisationsstromes wieder reduziert.Two platinum electrodes are immersed in the solution, with a DC voltage between them is present. The polarization of the electrodes prevents the passage of current. When free iodine occurs, depolarization occurs. The depolarization current is a measure of the concentration of free iodine. As an indicator of the given Concentration of free iodine serves the depolarization current corresponding to this concentration. Its decrease means excess sodium thiosulphate, i.e. too low an ozone content of the air flow. In this case, the ozone is generated via electrical switching elements amplified and reduced again when the predetermined depolarization current is reached.

Nachteil dieses Verfahrens ist, daß der mit der Lösung reagierende, nicht feuchtigkeitsgesättigte Luftstrom aus derLösungWasser aufnimmt, wodurch eine zunehmende Konzentration freien Jods vorgetäuscht und schließlich das Lösungsvolumen so stark eingeengt wird, daß die Elektroden nicht mehr benetzt werden.The disadvantage of this process is that the reactant with the solution, non-moisture-saturated air flow from the solution absorbs water, creating a mimicking increasing concentration of free iodine and finally the solution volume is so narrowed that the electrodes are no longer wetted.

Ein Teil des verdampfenden Wassers wird durch die zutropfende Natriumthiosulfatlösung ersetzt. Eine genaue Kompensation des Wasserverlustes ist jedoch nicht möglich, da dies zu einer unerwünschten Festlegung von Temperatur und Feuchtigkeit des Luftstromes und einer jeweils neu einzustellenden Titerlösung für jeden neuen Ozonsollwe#rt führt. Das bekannte Verfahren, den abgezweigten Teilstrom vor der Messung zu befeuchten und den Wasserdampfpartialdruck des Teilstromes dem in der MeßzeUe herrschenden anzugleichen, ist nicht anzuwenden, weil das Ozon-Sauerstoff-Verhältnis und damit die Ozonkonzentration des Luftstromes von Wassergehalt abhängen. Dies ist der zwingende Grund, eine Feuchteausgleich erst nach der chemischen Reaktion in der Meßzelle vorzunehmen.Part of the evaporating water is caused by the sodium thiosulphate solution which is added dropwise replaced. However, an exact compensation of the water loss is not possible. as this leads to an undesirable determination of the temperature and humidity of the air flow and a new titer solution to be set for each new ozone target value leads. The well-known method of moistening the branched-off partial flow before the measurement and the water vapor partial pressure of the partial flow that prevailing in the measuring cell to adjust is not to be used because the ozone-oxygen ratio and thus the ozone concentration of the air flow depends on the water content. This is the imperative Reason to carry out a moisture compensation only after the chemical reaction in the measuring cell.

In der Praxis wird darum nach mehrstündiger Betriebsdauer der Regelvorgang unterbrochen und die Apparatur mit neuerLösung versehen. Dies erschwert außerordentlich die sich über mehrere Tage erstreckenden Kautschukprüfungen bei niedrigen Ozonkonzentrationen, wie sie in den USA. gemäß ASTM Nr. D 1149-51 T vorgeschrieben sind und in Kürze auch durch die International Organisation for Standardisation übernommen werden.In practice, therefore, the control process is interrupted after several hours of operation and the apparatus is provided with a new solution. This makes the rubber tests, which extend over several days at low ozone concentrations, such as those in the USA, extremely difficult. are prescribed in accordance with ASTM No. D 1149-51 T and will shortly also be adopted by the International Organization for Standardization.

Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben sind, wenn erfindungsgemäß in die Meßzelle ein Niveauzylinder (10) eingeführt ist, der unten mit seitlichen Öffnungen (11) versehen und oben durch eine Kapillare (12) abgeschlossen ist, die mit dem Vorratsbehälter (13) in Verbindung steht, wobei der Vorratsbehälter (13) über ein mariottesches Tauchrohr (14) belüftet ist, das mit dem Ausgang (6) der Prüfluft verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, daß das Lösungsvolumen unabhängig von der zugeführten Natriumthiosulfatlösung und der Feuchtigkeit des Luftstromes konstant bleibt und damit eine wartungsfreie Ozonregelung auch bei mehrtätiger Versuchsdauer durchgeführt werden kann.It has now been found that these disadvantages are eliminated if, according to the invention, a level cylinder (10) is inserted into the measuring cell, which is provided with lateral openings (11) at the bottom and is closed at the top by a capillary (12) which is connected to the storage container (13 ) is in connection, the storage container (13) being ventilated via a Mariotian immersion tube (14) which is connected to the outlet (6) of the test air. This ensures that the solution volume remains constant regardless of the sodium thiosulphate solution fed in and the humidity of the air flow, so that maintenance-free ozone control can be carried out even if the experiment lasts several days.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch erläutert.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing explained.

Durch den Gaseingang 1 gelangt der zu messende Luftstrom über die Sprühdüse 2 in das Reaktionsgefäß 3, durch das Steigerohr 4 in die Meßzelle 5 und verläßt durch den Abgang 6 die Apparatur. Die in der Meßzelle, 5 befindliche Kaliumjodidlösung fließt durch das Verbindungsrohr 7 ebenfalls zur Sprühdüse , wird dort durch den Luftstrom zerstäubt und läuft an den Wandungen des Reaktionsgefäßes zum Boden, von wo sie der Gasstrom durch das Steigerohr wieder in die Meßzelle drückt. Durch den Zulauf 8 wird die Natriumtbiosulfatlösung kontinuierlich zadosiert. Während des Lösungsumlaufes, vornehmlich im Reaktionsgefäß und im Steigerohr, erfolgen die chemischen Umsetzungen. Die freie Jodmenge wird durch den zwischen den Scheibenelektroden 9 fließenden Depolarisationsstrorn angezeigt. Die bisher beschriebene Anordnung ist an sich bekannt.The air stream to be measured passes through the gas inlet 1 via the spray nozzle 2 into the reaction vessel 3, through the riser pipe 4 into the measuring cell 5 and leaves the apparatus through the outlet 6. The potassium iodide solution in the measuring cell 5 also flows through the connecting pipe 7 to the spray nozzle , is atomized there by the air stream and runs on the walls of the reaction vessel to the bottom, from where the gas stream pushes it back into the measuring cell through the riser pipe. The sodium biosulphate solution is metered in continuously through feed 8. The chemical reactions take place during the circulation of the solution, primarily in the reaction vessel and in the riser pipe. The amount of free iodine is indicated by the depolarization current flowing between the disk electrodes 9. The arrangement described so far is known per se.

Zusätzlich ist in der Meßzelle ein Niveauzylinder 10 angeordnet, der am unteren Ende mit seitlichen Öffnungen 11 versehen und oben mit einer Kapillare 12 abgeschlossen ist, die mit einem Vorratsbehälter 13 in Verbindung steht. Der Gasausgang ist mit dem Maxiotteschen Tauchrohr 14 des Vorratsbehälters verbunden.In addition, a level cylinder 10 is arranged in the measuring cell, which is provided with lateral openings 11 at the lower end and is closed at the top with a capillary 12 which is connected to a storage container 13 . The gas outlet is connected to the Maxiottesches immersion tube 14 of the storage container.

Die aus dem Vorratsbehälter zulaufende. Lösung steht am Ausgang der Kapillare, 12 gegenüber dem Luftstrom ün Gasausgang6 unter dem überdruck der Flüssigkeitssäule h.. Das bei annähernd voll aufgefüllter Lösung in dem Niveauzylinder eingeschlossene Luft:volumen steht gegenüber dem Luftstrom im Gasausgang 6 unter dem überdruck der Flüssigkeitssäule hl.. Auf die Lösung im Kapillarausgang wirkt demnach der Differenzdruck der Flüssigkeitssäule hi -- h,; d. h., es kann nur dann Lösung aus dem Vorratsbehälter in den Niveauzylinder 10 tropfen und von dort in die umlaufende Kaliumjodidlösung fließen, wenn h2 kleiner als h, ist. Wird h.,=hl, so stoppt die Lösungszufuhr aus dem Vorratibehälter. Sie setzt erst wieder ein, wenn durch Verdampfen der Lösung der Flüssigkeitsspiegel in der Meßzelle absinkt. Der durch h2 = h, in der Meßzelle gegebene Flüssigkeitsstand ist demzufolge der Sollwert, auf den die Anordnung einregelt.The one flowing out of the storage container. The solution is at the outlet of the capillary, 12 opposite the air flow ün gas outlet 6 under the overpressure of the liquid column h .. The air enclosed in the level cylinder when the solution is almost completely filled: volume is opposite the air flow in the gas outlet 6 under the overpressure of the liquid column hl .. on the solution in the capillary outlet acts accordingly the differential pressure of the liquid column hi - h,; d. h., it may only drop solution from the reservoir to the level cylinder 10 and from there flow into the circumferential potassium iodide, if h2 is smaller than h. If h., = Hl, the supply of solution from the storage container stops. It does not start again until the liquid level in the measuring cell drops due to the evaporation of the solution. The liquid level in the measuring cell given by h2 = h is consequently the setpoint to which the arrangement regulates.

Zweckmäßig werden dem Wasser im Vorratsbehälter 13 diejenigen Reagenzien zugesetzt, die bei den ablaufenden chemischen Reaktionen verbraucht werden. Man umgeht auf diese, Weise die vornehmlich für lange Versuchsdauern erforderlichen, die elektrischen Verhältnisse an den Elektroden storenden sehr hohen Ausgangskonzentrationen der gepufferten Kaliumjodidlösung. Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Ozonregelanlage hat sich in eineinhalbjährigem Betrieb gut bewährt.Appropriately, those reagents are added to the water in the reservoir 13 that are consumed in the chemical reactions that are taking place. In this way, the very high initial concentrations of the buffered potassium iodide solution, which are particularly necessary for long test periods and which interfere with the electrical conditions at the electrodes, are avoided. An ozone control system constructed according to the invention has proven itself well in one and a half years of operation.

Claims

PATENT CLAIM: Device for regulating an ozone concentration in an air stream, consisting of a] reaction vessel with a feed for the titer solution and a nozzle for atomizing the circulating reaction solution by means of the test air and a measuring cell with electrodes that are connected to the. The reaction vessel is connected via a riser pipe, characterized in that a level cylinder (10) is inserted into the measuring cell, which is provided with lateral openings (11) at the bottom and is closed at the top by a capillary (12) which is connected to the storage container (13 ) - is ventilated via a Mariottesches Tauchrähr (14), which is connected to the outlet (6) of the pre-air.