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Verfahren und Vprrichtung zum Messen der Zusammensetzung einer Flüssigkeit
Die Erfindung besieht sich auf die kontinuierliche Messunf von flüssigen Zusammensetzungen,
insbesondere auf ein Gerät und in Vortahrz sur Ersougung son Signalen, die die Zusammensetzung
eines flüssigen Gemi aches anzeigen und zum Zwecke der Verfahrenskontrolle besondera
brauahbar sind. Bai induatriallan Varfahran wird häufig aine leicht maaabara Bodingung
sinuer Substans, z. B. Temperaut oder Druck, als indirekter Index der Zusammensetzung
diaaar Substanzen verwendet. Bei der Fraktioniarung ainaa Kohlenwasserstoffgemisches
aus mehreren Bestandteilen sichert beispielsweise die Messung und Kontrella der
Temperatur des Kopfproduktes oder Bodenproduktaa de Fraktionierturmes odar an dinar
ausgewählten Stalle in don Rektifizier- oder Abstreifabschnitt der Saule häufig
ein bafriadiganda Zusammensetzung daa Produktaa hinsichtlich seiner üblichen Kennzeichen,
wie Siedebereich, Endpunkt und Dampfdruck. Unveränderlich wird auoh der Druolc der
Fraktionierung geregelt, um diese Variamble ale eine mögliche Quelle für eine Abweichung
in der
Produktauaammenaetaung auszuschalten. Sewöhnlich bevorzugt
man die uns von Druck- und Temperaturmessungon sur Kontrolle des Fraktionierurmes,
z.B. gegenüber don Eigenschaften don Brechungsindex, des Ültraviolettabaorptionaindex,
do* spezifischen Gewichtes, der dioliktrischen Konstante, der Wärmeleitfähigkeit
und dergleichen, da ale erstgenannten Variables an leichtesten su season wind und
die hierfür entwickelten Messgeräte und Übertragungseinrichtungen an billigztn und
zuverlässigsten sind.
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Häufig haben jedoch diw Bestandteile *in** su fraktionierenden Mehrstoffgemisches
zu eng beieinanderliegende Siedepunkte, um eine praktische Temperaturrelstion sur
Zusammensetzung zu gestatten. Die Temperatur ist also an einer auaghewählten Stelle
oinnerhalb des Fraktioniarturmaa oder im Kopf- oder Bodenstrom je nach Lage des
Fal unempfindlich gegenüber der Zusammensetzung des Eaterials, dessen Temperatur
gerade gemessen wird. Anders auagedrUokt kann die Zusammensetzung des Produktes
oder aonatiger Materialien, die kontrolliert werden soll, sich in der Praxia über
weite Grenzen bei nur geringfügigen Einfluss auf die Gleichgewichtstemperatur des
Flüssigkeits-Dampfsystemes an der Stelle der Temperaturmeszung torii Die Temperatur
ist also eine schlechte und unwirksame Variable, um sich darauf für die Kontrolle
der Zusammensetzung bei einer selchen Anwendung zu verlassen.
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Verauche sind durchgeführt worden, un das Problem da= durch su lösen,
dass man die Dmpfindlichkeit des Temperaturmessgerätes steigert, beispielsweise
inden man Instrumente mit vollen Bereichsspannen von z.B. nur 3 bis 6° C verwendet.
Eine solche Technik erhöht jedoch den relativ geringen Eimfluae unkontrollierter
Druckschwankungen auf die Gleichgewichtstemperatur, beispielsweise barometri-* Veränderungen
oder den Druckabfall von Boden zu Boden durch die Fraktioniersäule. Das, was also
das Meseinstrument als eine Veränderung der Zusammensetzung entepreehend
einer
angezeigten Temperaturveränderung auslegt, ist häufig inm Wirklichkeit zur eine
Wiedereinstellung der Flüssi gkeits-Dampfgleichgewichtstemperatur, die dnreh eine
unkontrollierte und unbekannte Druckveränderung von sehr kleiner Grössenordnung
hervergerufen wird. Beim praktischem Bax und Betrieb sogenannter Superfraktionatoren,
d. h. ven Kolonnen mit einer grossen Zahl von Platten, die ausgelegt sind, dass
sie Mischungen von isomeren Kohlenwasserstoffen oder somstigen eng siedenden Verbindungen
trenen, wird die Produktzusammensetzung geöhnlich ent-"der indirekt durch Einstellung
der Massen- und Energiebedürfnisse der Säule (unter völliger Fortlassung von Temperaturkontrolle)
kentrolliert oder aber im anderen Extrem mehr oder weniger direkt mittels eines
geeigneten touts Verfahrensstromanalysators, z.B. eines Differentialrefraktiometers
oder Dampfphasenchromatographen kontrolliert. Obgleich diese letztgenansten Instrumente
au den t der Verfahrenskontrolle einen bestimmten Plsts erreicht haben, gibt es
eine gresse Zahl von Anwendungsfällen, die nicht die hohen Anschafungs- und hohen
Umterhaltungskosten eines Verfahrensstremsanalysators rechtfertigen und an sich
nech nicht eine einfache Temperaturkentrolle aus den vorstehend genannten Gründen
a@anutzen.
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Da ein einziger Fraktienierturm fähig ist, eine Spaltung swischen
ur zwei Schlüsselbestandteilen eines Mehrstoffgemisches zu erzielen, ist eine quantitative
Analyse jeder Verbindung in einem Gemisch, wie sie durch ohromatogrewhieehe Einrichtungen
geliefert wird, einfach ein tenrer Zusatzanfwand, imsefern als es sich um die Ausnutzung
veiner eelehen Infornntien für die Zwecke einer Kontrolle des Fraktienierturmes
handelt. Es besteht dann ein Bedtbpfnie für eine eimfache relativ billige und zuverlässige
Einrichtung zum Messen der Zusammensetzung eines flässigen Gemisches, wie es aus
einem Produktstrom einer Frakticniereenle stammen kenn, sowie zur Übertragung dieser
Information auf ein Signal, das für Kontrellzwecke geeignet
ist.'weckderErfindungistes,diesemedürfniszuentsprechen.
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Demgemäss sieht die Erfindung ein Cerät zum Messen der 7usammensetzung
einer @lüssiekeit vor, das in Kombination eine umschlossene @ammer mit einer Flüssigkeitseinlassleitung,
die in einer eingeschnürten Öffnung innerhalb der-. ammer endet, eine Auslassleitung
von grösserem @uerschnitt as die eingeschnüute Öffnung, die mit dem ammerinneren
in offener Verbindung eteht und praktisch axial ausgerichtet mit der eingeschnürten
Öffnung in @bstand hiervon liegt, einen beolutdrucküberträger, der an die @ammer
angeschlossen ist und zur Erzeugung eines Signals entepreohend dem Druck innerhalb
der ammer eingerichtet iet, einen an eine dieser leitungen angeschlossenen Temperaturüberträger,
der ein Signal entepreohend der Temperatur innerhalb dieeer i, eitung zu lietern
in der @age ist, und Einrichtungen zur Zusammensetzungsreglung aufweist, die diese
Druck- und Temperatursignale empfangen und kombinieren, wodurch aie ein reaultlerendee
zusammengesetzteB'inal erzeugen, das ein Mass für die vlüsigkeitszusammeneetzung
int. zone Trfindung sieht auch ein Verfahren zum Messen der Zusammensetzung eines
flüssigen Gemisches vor, das darin beatebt, daae man einen Strahl der Flüssigkeit
in und durch eine umgrenzte @ammer mit ausrelehender Jeachwindigkeit leitet, um
den in der Kammer herrschenden') ruck auf den Gleichgewichtsdampfdruck der Flüssigkeit
bei ihrer @liesstemperatur zu redusieren, ein Drucksignal und ein Temperatursignal
entsprechend den Variablen von absolutem Druck innerhalb der Kammer und der Temperatur
der @lüssigkeit su erzeugen und diese Signale kombiniert, um ein zusammengesetztes
Signal ignal zu ergeben, das ein Anzeichen für die gkeitszusammensetzung ist.
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Der Ausdruck" Überträger" bedeutet hier eine Vorrichtung sur Umwandlung
einer Information einer @rt in
lesug auf eine messbare Erscheinung
in eine Information einer anderen @rt gekennzeichnet durch mindestens einen l'ingang
und einen Ausgang, wobei der @usgang eindeutig auf den Fingang bei irgendeinem @ert
des letzteres innerhalb des @rbeitsbereiches des Überträgers bezogen ist.
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In der @echnik der @erfahrenskontrollsysteme bestehen die um häufigsten
gebrauchten meaabaren Erscheinungen in liessmitteleigenschaften oder Zuständen,
wie Temperatur, Druck, apezifischem Gewicht, Massenfliessgeschwindigkeit, Volutaenfliessgeschwindigkeit
u. dg durch einon Iberträger vorgeschene Ausgangsinformation kann eine einfache
mechanische Erfat oder Verlagerung, z.B. ein Druckmanometer, ein nzeigethermometer
o.dgl., sein, im besonderen Rber ist ea von der rt, die verwendbar und verträglich
mit snalog-und Digitalwerten behandelnden und verrechnenden Systemen ist. Informaton
dieser @etzeren @lasse umfasst elektronische @nalogsignale, wie a-o-und d-o-@pannungsund-atromstärkesignale,
pneumatische und hydraulische Analogsignale, Digitalsignale, wie Impuls und Impulsgesohwindigkeit.
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In wesentlichen enthält das Gerät nach der Erfindung eine modifizierte
Strahlpumpe, die als Injektor arbeitet, einen absoluten Drucküberträger und einen
Temperaturüberträger, und alle diese Elemente sind in geeigneter @eise iteinander
vebunden, wie nachstehend beschrieben wird. Dem @achmann auf dem Gebiet des @liesamitteltransportes
ist es beknnt, dass ein üblicher Ejektor einen trahl Treibfliessmittel, entweder
Flüssigkeit oder Cas, von hoher Geschwindigkeit auenutzt, um ein sich langsam bewegendes
oder stagnierendes Fliessmittel, ebenfalls entweder Flüssigkeit oder Gas, von einer
Zone niederen Drucdkes mitzunehmen und zu einer Zone höheren Druckes intermediär
zwisohsn dem Zufuhrdruck des Treibfliessmittels und dem Saugdruok su taro. Der modifizierte
Ejsktor nsoh der Erfinduag wird nicht als Pumpe, sondern als ein kentinuierlicher
@erdampfer
eines konstanten Volumens der Flüssigkeit verwendet, deren Zuaammenaetzung gemeeaen
werden aoll, und deshalb 1st kein äusseres "mitgerissenes" Fliessmittel vorxianden,
sondern das einzige mitgenommene fliesamittel ist der verdampfte Anteil der Flüssigkeitsprobe
selbst, und die Flüssigkeitsprobe disent als das "Treibfliessmittel.". Sie Arbeitsfähigkeit
der vorliegenden Frfindung beruht auf der Tatssche, dass ein Ejektor ein Vakuum
oder eine Zone verminderten Druckes, jedoch nicht niedriger ale der Dampfdruck des
Treibfliessmittels bei dessen Temperatur erzeugen kann. eim arbeiten ght ein trahl
lüeeigkeit duroh eine umgrenzte Druckmesszone, und die @emperatur inde der Zone
beginnt zu fallen, wenn der trahl das Bestreben hat, ein Vakuum darin zu erzeugen.
Gleichseitig verdampft ein nteil der Flüssigkeit, was dazu führt, dass die @ruckmesszone
sich mit dem Dampf auffüllt.
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{*non der Druck auf Gleichgewichtsdampfdurck der ? lüaaikelt boi ihrer
Pliesstemperatur fällt, dann kann kine weitore Druckreduzierung auftreten, da man
jetzt das Flüssigkeits-@ampfgleichgewicht erhält. Die Geschwindigkeit des Strahles
muss mindestens hoch genug sein, um mit Sicherheit don Gleichgewichtsdampfdruck
zu erreichen; diese Gesohwindigkeit ist eine Funktion des Volumens der Druckmesszone,
der Natur der Flüssigkeit, der Fliesstemperatur und des Auatragdruokea des es Mischphassenstromes
von Flüssigkeit und Dampf beim Verlassen der Druckmesszone. Unter dieser Bedingung
ist der Gleichgewichtadampfdruck praktisch unabhängig von der Strahlgeschwindigkeit,
und ein weiteror Geschwindigkeitszuwachs hat keinen Einfluss auf den Druck. Wenn
ein binäres Flüssigkeitsgemisch in den Ejktor eingebraeht wird, verdampft es teilweise,
so dass ein Zweiphasensystem mit konstanten volumen erhalten wird, und die Temperatur
und der Druck des Ssytems definderen zusammen scharf die Zusammensetzung der ursprünglichen
Flüssigkeit. Wenn ein ternäres oder sonstiges Mehrstoffgamisch In ä hnlicher Weise
eingebracht wird, definieren Temperatur
und Druck ungefähr die relativen
äengenverhältnisse der zwei Schlüsselkomponenten, und die Annäherung kommt einer
Cenauigkeit nahe, wenn die restlichen Komponenten in einen konstanten oder geringfügigen
Ente vorliegen. ige Gemische dieser letzyteren Art stellen die hrzahl von rroduktztromen
bei gewerblicher Fraktionierung, extraction und onetlgen Trennverfahren eowie bei
einer Anzahl von Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren dar.
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Gleichgewichtstemperatur und -druck weden gleichzeitig genessen und
mittels de erwähnten Druck- und Temperatur-Übertrager in entsprechende Gignale umgewandelt,
und die eich ergebendenden Temperatur- und Drucksignale werden dann algebraisch
auf irgendeinem von vielen-wenn auch nicht notwendigerweiee äquivalenten-Vegen kombiniert,
um ein zusasmmengesetztes signal zu liefern, das die Zusammensetzung de8 unbekannten
Flüssigkeitsgemisches kennzeichnet.
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Da der Dampfdruck einer Flüssigkeit mit der Temperatur zunimmt, werden
die betreffenden Signale in entgegengeaetzter Beziehung kombiniert, um eine bilaterale
ompeneation eines Signales durch das andere zu bewirken, eo daee das zusammengesetzte
Signal entweder mit dem Druck zunimmt oder mit der Temperatur abnimmt oder mit da
Tiruck abnimmt und mit derTemperaturzunimmt.FinSignal oder beide Signale können
vestärkt oder gedämpft werden, wie es eine jeweilige Anwendung gewährleistet, so
daaa fUr veine festliegende Flüssigkeitszusammensetzung dam zusammengesetzte Signal
unabhängig von der erdampfungstnperatur konztant blibt, und jede Veränderung, die
in dom zusammengesetzten auftreten kann, t dann eindeutig mit einer Änderung der
Zusammensetzung verknüpft. 7. bedeutet ein Anstieg im Dampfdruck, der aioht mindeetene
von mines äquivalenten netieg in der ratur begleitot iet, dass die Konzentration
mines nisdriger siedenden Beztandteilee in der Flüssigkeitsprobe
zugenommen
hat; umgekehrt bedeutet ein Anstieg in der @emperatur, der nioht Ton eines mindestenz
gleichwertigen Anstieg im Dampfdruck begleitet ist, dass die Konzentration eines
hocher don Bestandteiles in der Flüssigkeitsprobe zugenommen hat.
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Aufbau und BEtriebsweise des Gerätes nach der Erfindung einschliesslich
ihrer verschiedenen AuwfUhrunaforsen lassen sich näher anhand der Zeichnung beschreiben.
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Fig. 1 erläutert eine Schaltungsart für die verschiedenen Elemente.
Fig. 2 wtollt in typische Empfindlichkeitskurve konstanter Zusammensetzung für ein
kalibriertea Gordt dar. t Pig. 1 whist der Ejwktor oder 41* Vtrdampfungseinrichtung
eine umschlossene Vammer 1 auf, die mit einer Flüssigkeitseinlassleitung 4 versehen
ist und innerhalb der water 1 in einer verengten Öffnung 3 endet.
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Die verengte Öffnung kann einfach ein kleines Loch oder sine scharfkantige
Mündung, eine konvergente Düse wie dargestellt oder ein konvergent-divergente Düse
sein. Bevorsugt wird in allgemeinen eine Düse, da hiermit eine wirks nmwandlung
von Druck in Geschwindigkeit erzielbar ist. In Abttand von dwr Öffnung 3 und axial
hiermit augeriohtet befindet sich eine Austrittsleitung grösseren userechnittee
mit nom konvergenten Abschnitt 5, einem geraden Abeohnitt 6 und einem divergenten
Abaohnitt 7. disse Abschnitte zusammen bilden eine konvergent-divergente Düse.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die nualassleltung
einfach eine gerade Leitung eein, und bei nooh zoner anderen Ausführungsform kann
sie ausschliesslich aus einer divergenten Düse bestehten, wie sie durch den Teil
7 in Fig. t definiert ist.
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In Betrieb wird die Flüssigkeitsprobe von einer Zone hohen Druckes
z.B. mit einer Pumpe durch Leitung 4 und Öffnung 3 zugebracht, um einen Flüssigkeitsstrahl
zu bilden, der duroh den Raum 2 innerhalb der Kammer 1 geht.
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Die Wirkung der Düse reduziert den Druck innerhalb des Raumes 2 auf
Gleichgewichtsdampfdruck der Flüssigkeit, wie e oben beschrieben. Ein Teil des Strahles
verdampft kontinuierlich, ao daee der'taum 2 mit Gleichgewichtedampf gefüllt lstt
während Überschussdampf mit dem unvredampfton Til des Strahles mitgeführt wird,
und der entetehende Mischphasenstrom wird durch die Auslassleitung bestehend aus
den Abschnitten 5, 6 und 7 in in geeignete Abgaboanla4o z.B. einen Sumpf oder Abwasserkanal,
abgegeben oder auch in das Verfahren zurückelitet, aud dem die flüssige Probe abgesogen
wird. Der Austragsenddruck abstromseitig vom Tell 7 lcann kleiner oder grösser als
der Druck innerhalb der Zon 2 Min, wenn dies erwünscht ist.
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3vin Absolutdruckübertrger 9 ist an die Kammer 1 tuber die Pruokabzwwigun
8 angeschlossen, und ein Temperaturübertrager 13 ist vermittels des Schalters 12
abwechsalnd an eines der beiden Temperaturtastelenente 10 und 10' liber die Leitungen
11 b. 11' angsschlossen. Das Temperaturabfühlelement 10 liegt im geraden Abschnitt
6 der Auslassleitung odor gegebenenfalls in einem anderen Teil hier-Ton, und das
Temperaturabfühlelement 10' liegt in der Flüssigkeitseinlassleitung 4. In der Praxis
kan eines der beiden Temperaturabfühlelemente verwendet werden, je nachdeal ob die
Endkalibrierung o Gerätes auf die Flüssigkeitssinlasstemperatur oder auf die Temperatur
des Mischphasenstromes bezogen ist ; letztere ist im allgemeinen etwae niedriger
ale dit Einlasstemperatur und zwar infolge Absorption son Verdampfungswärme. Obgleich
es als dritte alternative möglich iet, die Temperatur in der truie zone 2 abzufühlen,
ist eine solche Anordnung nicht besondere praktisch, weil die relative üube in dieser
zone zu einer äusserat schlschten @rmeübertragung zwischen Dampf und Temperaturabfühlelement
führen würd; dadurch würde die ansprechgeschwindigkeit abgesenkt werden, und es
würde das Auftreten grosser dynamischer Fehler möglich. Was die Übertrager selbet
betrifft, so ist vorgesehen, dass normale,
im Handel erhältliche
Instrumente verwendet werden, wie elektronische @bertrager, die ein Spannungs- oder
Stromsignal liedern, sowie solche Übertrager, deren Ausgangssignale pneumatisch
oder hydraulisch sind. Der Absolutdruckübertragor 9 kann *in einziges Instrument
mit baromitrisohrr oruokkompensationseinrichtung hiermit zusammengebaut zein, oder
w kann aus zwei Druckübertragern bestehen, von denen der eine den Druck der Zone
2 und der andere den Duftdruck misst, und die AZusgangssignals von beiden kombiniert
werden, um oln Signal zu ergeben, das ausschliesslich dem absoluten Druck innerhalb
der Zone 2 entepriaht. Wwlehwa Mittel auch verwendet wird, für die Erfindung ist
es wesentlich, den abaoluttn rvolt innerhalb des @aumes 2 zu messen, weil er auf
kleine Druckveränderungen in @eflexion von Änderungen der Flüssigkeitszusammensetzungen
sehr ausgeprägt ist. Der Temperaturübertrger kann neben dem Signal erzeugenden Gerat
ode der Schaltung die Temperaturabfühleinrichtungen 10 zoner 10' zelbst umfassen.
@olche Temperaturabfühleinrichtungon können von der Art sein, wie sid üblicherweise,
z.B. als Thermoelement, Widerstandsthermometer, Bimetallstreifen oder mit Gas, Flüssigkeit
oder Dampf gefüllten @olben, verwwndwt warden.
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B*i der dureh dite Zeichnung rlNutercos Auaführunsform der Erfindung
werden ein Drucksignal P und ein Temperatursignal kT über die Deitungen 14 und 15
auf entsprechende Kompensationseinrichtungen 16 übertragen. Tenn dt Übertrager 9
und 13 pneumatisch sind, kann die Kompensatonzeinrichtung 16 a sines Rechenrelais
bestehen, das sur Addition, Subtraktion oder Relativierung (ratio) der auf don Leitungen
14 und 15 erscheinenden Signale befähigt ist. Geeignete pneumatische Reechenrelais
sind z.B. die Moore "Nullmatio M/F"-Relais hergestellt von der Moore Produotz Company
in Philadelphia, Pennsylvania, USA. Wenn die Übertrager elektronisch sind, können
besondere Vorspannungseinrichtungen 16 fortgelassen werden, und die leitungan
14
und 15, von denen jede physikalisch aus einem Zweilaitarkabal besteht, werden dann
unter richtiger Berücksichtigung dar ignalpolarittt odor Phase in Reihe geschaltet,
so dass ein Signal dem anderen entgegengesetzt ist.
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Mit andren Worten, die Kompensationseinrichtung besteht in diesem
Falls aus einer einfachen Verbindung der Leitungen sit entgegengesetzter Polarität.
Gewünschtenfalls kann die Signalverstärker- oder Dämpfungseinrichtung zwischen den
einen odor boldo Übertrger und dii Kemptntttionatinriohtung 16 eingeschaltet werden,
um eine zusätzliche Flexibilität in der Kalibrierung do* Gerätes zu gestatten. Das
Drucksignal P Lot bti dloour Ausführungsform direkt und positiv proportional dem
absoluten Druck der Zone 2, d.h. die Signalgrösse nimmt linear mit zunehmenden Druck
zu. Das Temperatureignal kT ist auch direkt und positiv proportional der fliessenden
Temperatur; der Verstärker k lot konstant grösser oder kleiner als die Einheit.
k kann variiert terden, indem man die Spannweite des Übertragers 13 einstellt odor
dia Verstärkung eines geeigneten Ausgangsverstärkerz abwandelt. Die Vereinigungseinrichtung
16 subtrahiert dann dam Temperatursignal von dem Drucksignal, um ein temperaturausgeglichenes
Brucksignal auf Leitung 17 zu liefern, dan int Grösse von P - kT hat bzw. ihr proportional
ist.
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Verschiedene adere Methoden der Kombinierung von Temperatur-und Druckeignalen
werden nachstehend erläutert werden.
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Das zusammengesetzte Signal der Leitung 17 kann dann einem übliohan
FontrollgerAt eingespeist werden, das die Zusammensetzung der Flüssigkeit a einer
Stelle des Prozesses aufstromseitig von der Stelle beeinflusst, von der die Flüssigkeitsprobe
abgezogen wird.
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Daa G*rRt kann sunSoBst mit t einer repräsentativen Probe konstanter
Zusammensetzung kalibriert werden. Über ainan beschränkten Temperaturbereich und
unter der konstanton Yordaapfmgp dia man im Ejektor erhält, ist die Neigung der
Dampfdruckkurve für jede Flüssigkeit, dP/dt, praktisch
konstant.
Der Temperaturbereich, über dem die konstante Neigung vorherrecht, tat in allen
Fällen beträchtlich broder als die normalen Temperaturabweichtung, die bei einem
kontrollierten kontinuierlichen Verfahren angetroffen werden. Der Multiplikator
k wird gleich oder proportional zu dP/dT gemacht, so dass das zusammengesetzte Signal
P - kT über den gewänschten Temperaturbeiech konstant iet, wenn man eine Flüssigkeit
von festliegender Zusammensetzung dem Fjektor zuleitet. Diese Relation ist in dem
Diagramm der Fig. 2 erläutert, worin die Signalgrösse auf der senkrechten Achss
als Funktion der Temperatur einer Flüssigkeitsprobe konstanter Zusammensetzung auf
der horizontalen Aohee aufgetragen ist. Der Anteil des Ausgangssignales, der also
vom Druckübertrager beigestenort wird, kann durch eine Linie "P" wiedergegeben werden,
während der atoll des Signales, der von dem Temperaturübertrager beigeateuert wird,
durch eine Linie"-kT"wiedergegeben wird und ihre algebraische Summe ist durch die
Linie "P - kT" angegeben. Bei der Kalibrierungstemeratur Ta und einem gegebenen
Wert von k trägt das Temperatursignal - kT eine Strecke b bei, die an jfnem Punkt
gleich 0 tau, des Drucksignal P trägt eine Strecke a bei, und die Summe der beiden
ergibt ein zusammengesetztes Signal von der Grosses o. Wen n die Temperatur auf
T1 abnimmt, steigt dam Temperatursignal -k' auf b', das Drucksignal P nimmt auf
uf a' ab, und das resultierende zusammengesetzte Signal hat *in* Oroaae von c'.
Wenn andererseits die Temperatur auf T2 sinkt, nimmt das Temperatursignal -kT auf
-b" ab, das Drucksignal steigt auf a", und das resultierende zusammengesetzte Signal
hat jetzt eine Grösse von c". Da aber die gestrichelte Linie P - kt, die durch die
Punkte c, c' und c" derfiniert ist, nicht horizontal ist, sondern eine Neigung hat,
ist o klar, dass k nicht richtig gewählt wordon istp d. h. das zusammengesetzte
Signal sich mit der Temperatur verändert. Durch richtige Einstellung von k ist es
jedoch leicht, c = c' = c" zu machen (siche die ausgezogene
Linie
P - kT), und das zusammengesetzte Signal ist dann unabhängig von der Temperatur
gemacht. Wenn nun eine Plüzzigkeit unbekannter Zusammensetzung in den Ejektor eingebraeht
wird, bedoutet jede Veränderung in der Gros-* von P - kT einzig eine Veränderung
der Zusammensetzung.
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Während im Vorstehenden die lineare Kompensation einee Drucksignales
mit einem Temperatursignal be-#obit wurde, ist es für den Fachmann einleuchtend
und liogt im Rahmen der Erfindung, dass auch eine nicht lineare Kompensation gewünschtenfalls
angewendet werden kann. Mit anderen Worten, k kann zu einer Temperaturfunktion aoht
werden, z. B. durch einen nicht linearen Übertrager odor Vervielfältiger, so dass
eine Temperaturkompensation über einen beträchtlich weiteren Bereich errotoht werden
kann, als dies durch lineare Mittel möglich ist. Die Kosten der kompliziertan Apparatur,
um nioht l Kompensation zu erzielen, sind jedoch gewöhlich niant gerechtfertigt,
insbesondere da die Erfindung vorzugsweise in einer geschlossenen Kontrollschaltschleife
verwendet wird oder mindestens mit einem temperaturgesteuerten Verfahren assoziert
ist und die dabgei anzutreffenden Temperatureohwankungen durahaus innerhalb don
Berieh liegen, in welchem eine lineare Kompensation Gültigmit ha*4, Dan temperaturausgeglichene
Druekeigmal lot besondera brauchber bei der Überwachungskentrolle eider Benzin erzengenden
Raffinerieeinheit, da ein solches Signal proportional dem "Reid"-Dampfdruck eines
Motertreibstoffes ist und leicht ihm praktisch gleich gemacht werden kann (siche
ASTM-Präfmethede D 323-38 im "ASTM Standards en lut Prodmets and Lubrieamts", Band
I, veröffemtlicht 1961 von der Amerieam Society fer Testing and materials, Seite
160), der seit langem ven dem Raffineriepersenal benutzt worden ist, um eine rasche
Auswertung der Qualität des Benzinproduktes zu erhalten. Beim Messen des Reid-
Dampfdruckes
wird ein bestimmtes enzinvolumen bei 0° C zu einem beatimten Volumes mit Waaaer
geaattigter Luft bei 37,8° C zugesetzt und das ganze innig vermischt und auf 37,8°
C gebracht; der Druck des Gemisches wird gemessen und unter Berücksichtigung des
Parktialdruckes von Luft und Wasser korrigiert, und der korrigierte Druck ist de
Reid-Dampfdruck. Die Erfidnung erzielt eine Verdampfung von kon-*tent= Volumen und
vermeident die Notwendigkeit einer genauen Temperaturkontrolle 4eroh Ausgleich des
Einflusses der variablen Tempertur der Probe und bzw. oder des Dampfes.
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Da a In Pruekmeaaraum 2 veine Luft vorhanden lot tat euch veine weitere
Korrektion erforderlich, und durch geeignete Kalibrierung der Spannen der Temperatur-
und Druckübertrager kann die Grosse des resultierenden zusammengesetzton Signals
gleich dem Reid-Dampfdruck der Benzinprobe gemacho werden.
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B*t or anderen Ausführungsform der Erdinfung kann nn die Subtraktionsordnung
der Signale umgekehrt werden, d.h. das Drucksignal wird von Temperatursignal subtrahiert,
us ein druokauageglichanea Tempreatursignal zu liefern, oh suah fUr die Flüssigkeitssusammensetzung
oharalcteristisch ist. In diesem Fall wrid der Multiplikator k mit dem Drucksignal
r statt mit dem Temperatursignal T assozihertz wobei k gleich oder preportional
der ungekehrtem Neigung der Dampfdruckkurve dT/dP ist. Der Multiplikator k kann
leieht abgewandelt werden, inden man die Spanne des absoluten Druckübertragers 9
oder den Übertragungsfaktor sines geeigneten Ausgangsverstärkers einstellt. Das
resultierende Ausgangssignal von Leitung 17 ist dann gleich bzw. eine Lineare Funkton
von T - kP.
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Bei mech einer anderem Ausführungsform der Erfinior kann entwweder
das Druckeignal oder das Temperaursigmal megativ prepertismal zu der amtsprechenden
Variablen statt pesitiv preportiemal gemacht werden, und dieser Effekt wird leicht
dadurch erreicht, dass man die üblicherweize
direkte Betätigung
von Übertrager 9 oder 13 umkehrt.
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Indem man beispielsweise die Betätigung des @emperaturübertragers
13 umkehrt und das resultierende umgekehrte Temperatursignal mit k multipliziert,
wird ein Temperatursignal -K erzeugt, das negativ proportional zu der tatsächlichen
Temperatur der Flüssigkeit ist, d. h. dan Temperatursignal -kT nimmt linear ab,
wenn T ansteigt und umgekehrt. Ein Additionsrelais statt eines Subtraktionsrelaie
t ale Vereinigungsmittel 16 vorgezehen, und das Drcuksignal p wird su Temperatureignal-k
addiert, um ein temperaturausgeglichenes Drcksignal zu liefern, desson Croie gl
h ene lineare Funktion von P - kT iet. In ähnlicher Weise wird durch Umkehrung anstatt
der Einwirkung do* Druckubertragerz 9 und nultiplizieren dez resultierenden umgekehrten
Druckeignals mit k ein Drucksignal-kP erzeugt, da negativ proportional don absoluten
Druck innerhalb der Druckmesskammer 2 int. perstursignal T wird dann zum Drucksignal
-kP addiert, um ein durchausgeglichenes Temperatursignal zu liefern, dessen Grösse
gleich bsw. ein lit Funktion von T - kP ist.
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But nooh veiner anderen Ausführungsform der Erfindung worden das
Drucksignal und auch das Temperatursignal positiv proportional oder negativ proportional
zu ihren betreffenden Vaiablen gemacht. Ein Divisionsrelais int ale Zusammensetzunge-
oder Ausgleichseinrichtiung 16 vorgesehen, toduroh ein signal durch der andere dividiert
wird, un in zusammengesetztes Signal su lirez, das sina lineare Funktion von T/P
oder P/T izt und gleichzeitig kennzeichnend für die Flüssigkeitszusammensetzung
ist. r versteht sich, dass das auf leitung 17 der Fig. 1 erscheinende zusammengesetzte
Signal weiter verztärkt oder gedämpft werden kann, oder dann eine konstante Vorapannung
gewünschtenfalle hierzu addiert oder davon aubtrahiert werden kann, um die Falibrierung
des Gerätes su unterztützen oder dass zusammengesetzte signal für die
Eingangserfordernisse
des Kontrollers oder sonstige Empfangseinrichtungen verträglich zu machen, an die
Leitung 17 angeschlossen sein kann.
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Obgleioh dan vorliegende Gerät bisher unter Bezugnähme auf die Erzeugung
eines Analogsignales diskutiert worden t, zind dooh ein wesentlichen Verkmale niche
auf Analogsysteme beschränkt. Tatsächlich liegt sine eehr weite Anwendbarkeit der
Erfindung auf don « Gebiet der Digitalkontrolle, insbesondere in der Digitalrechnerkontrollo
nit grosser Skala bei Raffinerieverfahrenseinheiten und sogar bei ganzen Anlagen.
Wo durch einen zentralen Überwachungsrechner die Zusammensetzungen von hunderton
von Einspeis- und Produktströmen mitgeteilt und bzw. oder kontrolliert werden sollen,
führt offenbar die Verwendung don relatif billigen Gerätes nach der Erfindung sur
Durchführung solcher Messungen zu grossen Einsparungen an Kozten und Unterhaltung
in Vergleioh su der Verw*ndung komplisiorter trosnalyostore die in vielen Fällen
mehr Information ergeben ale mit Nutsen verwertet werden kann.
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Bot der Anpasoung dez vorliegenden Gerätes an ein Digitalsystem können
die Analogausgänge von Übertragern 9 und 13 der Fig. 1 in einen Analog-in-Digiealumwandler
eingespeist und in Digitalinformation umgewandelt werden, die dann algebraisch duroh
einen intermediären oder Überwachunge-und Sohluesselohenrohntr in der vorerwähnten
weize kombinlart werden, um auf dam gewünschte zusammengesetzte Signal nu kommen,
der fUr die Flüssigkeitszusammensetzung repräsentativ ist. vom praktischen Standpunkt
kann eine Mehrwegschaltung vorgesehen werden, wodurch ein oder zwei Analog-in-Digitalumwandler,
z. B. unter den vielon Analig-und Temperaturzignalen, seitlioh verteilt (time-shared)
werden,die durch mehrere Zusammensetzungsmesseinrichtungon erzeugt werden. Statt
dessen kann die Rechnung auch auf einer Analogbasis, wie vorher beschrieben, durchgeführt
werden, und do* zusammengesetzte Signal von Leitung 17 der Fig. 1 kann dann in den
Analog-in-Digitalumwandler gezandt
werden. Die so erzeugte Digitalinformation
kann nicht nur für Verfahrenskontrollzwecke verwendet, sondern auch gleichsoitig
oder stattdessen an Daten speichernde Einrichtungen geeandt werden, um sie für Inventarkontroll-
und Werkmaterialgleichgewichterechnungen su verwenden.
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Obgl*ioh o für den Betrieb nach der Erfindunb t ist, dass flüssige
Phase dem Ejektor zugebracht wird, kann dor Bereich des VErfahrens, aus dem die
flüssige Probe abgesogen wird, entweder die Flüssigkeit oder die Gesphase wnthalttn.
Bezüglich einer besonderen Anwendung der Erfindung, g, z.B. Kontrolle einr Butan-Isobutan-Spaltcolonne
wird die prozentuale Butanzurückhaltung im Kopfdaapfotrom gmbhnliah dadurch kontrolliert,
dass man die Nuetwre Rückflussgeschwindigkeit zum Rektifizierabschnitt der Colonne
variiert. Eiao kontinuierliche Prob Dampfstrom wird ans dem Dempfraum oberhalb eines
Bodens zwischen dem Einspeisungseinlass und der Lopfdampfauslasstelle abgesogon.
Der Dampf wird duroh einen kleinen Kondensator geleitest, darin sur Flüssigkeit
kondensiert, und die Flüssigkeit wird in den Ejektor nach der Erfindung hinein und
durch dieson hindurch gedrückt. for den Ejektor verlassende Strom der Mischphassemprobe
kann verworfen oder in einen Teil des Fraktionatorsystems hineingedrückt werden,
der auf einem niedrigeren Druck als der Ejektoreinlassdruck gehalten wird, beispielsweise
alse in den Kopfdampfanffänger. Das dureh den Zusammensetzungsamessapparat gerzeugte
zusammengesetzte Signal, das entweder ein temperaturausgeglichenes Drucksignal or
T~ratr nu boadt. wird auf ein übliches Komtrollgerät übertragen, FlU wiederum emtsprechend
diesem Signal die äussere Rückflussgeschwindigkeit abwandelt. Gewänschtenfalls kann
eine tu statt aus der flüssigen Phase abgezegen zu werden, auf de betreffenden Kelonnenplatte
vorgehalten werden; im diesem Fall kann der Kondensator für die Probe fertgelassen
werden.
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Blue andere wartvolla Anwandwng der Erfindung betrifft die Gegenstronglyoclextraktion
von Aromaten aus einem Gemisch von Aromaten und Paraffinen. In der Regel orfolgt
eine solche Trennung, indem man die Einspeisung in oinwa mittlaren Abschnitt einer
Mehrbodenextraktionskolonne einspeist, Glycollösungsmittel in don oberen Tell der
Kolonne einführt und es im Gegenstrom zur Besxhickung abwärtsfliessen lässt, aromatarmes
Raffinat als Kopfatrom und droithog Lösungsmittel als Kolonnenbodenstrom absi. Us
eine Mitführung von schweren Paraffinen in dem Bodensatzatrom zu verhindern, wird
ein leichter Paraffinrückflusstrom in die Extraktionakolonne an einer Stelle zwischen
dem Beschickungseinlass und der Bodensatzabzugstalla eingeführt. Biahar war es unpraktisch,
die Mindestaeng* erforderlichen Leichtparaffinrückflusse zu bestima, und O lot üblich
gewesen, willkürlich eine bekannte Manga als Überschmss über das unbekannte Minumum
zu bes nnd den Rückfluss auf diesen spiewgel einzuregeln.
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Diode Teehnik erhöht in unwirtschaftlicher Weise Grösse und Kosten
der Raffinatfraktioniereinrichtungen, aus denen der leichte Paraffinrückfluss erhalten
wird und in die er schliesslich zurückgeführt wird. Die Erfindung sieht jedech *in
einfaches Mittel ver, mit dem die Menge leichten Paraffinrückflusses auf ihrer optimalen
Höhe geregelt werden kann. Dies lässt sich dadurch erreicheh, dass man das Zunammensetzungsmessgerät
mit einer Flüssigkeitsprobe speist, die aus der Kohlenwassersteffphase auf einem
ausgewählten Boden innerhalb der Rückflusszene der Extraktionskolonne abgezogen
wird, und die Rückflusageschwindigkeit entspreahans dem dadurch erzengten ausammangesetzten
Signal kontrelliert.