DE1623002C3

DE1623002C3 -

Info

Publication number: DE1623002C3
Application number: DE1623002A
Authority: DE
Inventors: George Theodore Florimond Ellesmere Port Crespin; Leslie David Wirral Livingston; John Kenneth Newton Chester Rowland
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1964-08-07
Filing date: 1965-08-05
Publication date: 1974-12-19
Also published as: NL6510165A; GB1068375A; US3440863A; DE1623002A1; DE1623002B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Flammpunktbestimmung von Flüssigkeiten mit einer eine Flüssigkeitskammer und eine vorzugsweise darüber angeordnete Dampfkammer umfassende Entflammungskammer, einer Funkenerzeugungseinrichtung, einer Heizkammer zum Erhitzen der Flüssigkeit und eines sauerstoffhaltigen Gases, einer Einrichtung zum Konstanthalten der Standhöhe einer Flüssigkeitspfütze in der Flüssigkeitskammer, einem Temperaturfühler zum Bestimmen der Temperatur der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer sowie einem Temperaturreglerkreis für die Heizkammer und einen der Dampfkammer zugeordneten Entflammungsdetektor.The invention relates to a device for determining the flash point of liquids with a liquid chamber and an inflammation chamber, preferably arranged above it, comprising a steam chamber, a spark generator, a heating chamber for heating the liquid and an oxygen-containing gas, a device for keeping the level of a liquid puddle constant in the liquid chamber, a temperature sensor for determining the temperature of the liquid in the liquid chamber and a temperature control circuit for the heating chamber and an flame detector associated with the steam chamber.

Ein Gerät dieser Art ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 939 312). Die Flüssigkeit wird hierbei vor der Heizkammer in einer vorgeschalteten Kühlkammer gekühlt. Es sind auch schon anders arbeitende Geräte dieser Art bekannt (USA.-Patentschrift 746 286), bei denen die zu untersuchende Flüssigkeit vorgewärmt wird.An apparatus of this type is known (U.S. Patent 2,939,312). The liquid is here before the Heating chamber cooled in an upstream cooling chamber. There are also devices that work differently of this type known (USA.-Patent 746 286), in which the liquid to be examined is preheated.

Pi" bekannten Geräte, he.sitzen den Nachteil, daß mit ihnen nur Flüssigkeiten untersucht werden können, die einen Flammpunkt in der Größenordnung von etwa 100° C besitzen, Flüssigkeiten mit einem höheren Flammpunkt, beispielsweise Schmieröldestillate od. dgl. können mit den bekannten Geräten nicht gemessen werden, weil eine unregelmäßige Entflammung auftritt.Pi "known devices, ie sitting, have the disadvantage that With them only liquids can be examined which have a flash point in the order of magnitude of about 100 ° C, liquids with a higher flash point, such as lubricating oil distillates od. The like. Can not be measured with the known devices, because an irregular ignition occurs.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zur fortlaufenden Flammpunktbestimmung von Flüssigkeiten zu schaffen, mit dem auch Flüssigkeiten relativ hoher Flammpunkttemperaturen geprüft werden können, beispielsweise Schmieröldestillate od. dgl.It is therefore the object of the invention to provide a device for the continuous determination of the flash point of liquids with which liquids of relatively high flash point temperatures can also be tested can, for example lubricating oil distillates or the like.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät nach dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Geräts ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a device according to the main claim. More beneficial Refinements of the device according to the invention emerge from the subclaims.

Mit einem erfindungsgemäßen Gerät können auch Flüssigkeiten geprüft und kontinuierlich überwacht werden, die sehr hohe Flammpunkttemperaturwerte besitzen, beispielsweise Schmierölprodukte mit einem Flammpunkt bis zu 350° C oder mehr. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Gerät dadurch erreicht, daß die Temperatur der Prüfflüssigkeit auf einem wesentlich konstanteren Wert gehalten wird, als dies mit den bisherigen Geräten möglich war, und gleichzeitig auch noch die Temperatur der eigentlichen Dampfkammer in Abhängigkeit von den auftretenden Entflammungen gesteuert wird. Ein erfindungsgemäßes Gerät eignet sich insbesondere auch zur Prozeßregelung, indem ein Probestrom des zu überwachenden Produktes dem Gerät zugeführt und in Abhängigkeit von dem festgestellten Flammpunkt eine entsprechende Steuerung des Produktes vorgenommen wird, so daß ein vorbestimmter Flammpunktgrenzwert des Produktes nicht überschritten wird.With a device according to the invention, liquids can also be checked and continuously monitored that have very high flash point temperature values, such as lubricating oil products with a Flash point up to 350 ° C or more. This is achieved in the device according to the invention in that the temperature of the test liquid is kept at a much more constant value than with was possible with the previous devices, and at the same time also the temperature of the actual steam chamber is controlled depending on the flames occurring. An inventive The device is particularly suitable for process control by adding a sample stream of the to be monitored Product supplied to the device and depending on the determined flash point a corresponding one Control of the product is made so that a predetermined flash point limit of the Product is not exceeded.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated more schematically below with reference to the hand Drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

Das erfindungsgemäße Gerät nach F i g. 1 umfaßt eine Entflammungskammer 1 sowie eine Heiz- und Mischkammer 2, die der Entflammungskammer 1 unmittelbar benachbart ist und mit ihr eine konstruktive Einheit bildet. Die Entflammungskammer 1 umfaßt eine Flüssigkeitskammer 3 und eine unmittelbar über dieser angeordnete Dampfkammer 4. Die Dampfkammer ist mit einer Funkenerzeugungseinrichtung 5 ausgerüstet, die mit dem Anschluß 6 an eine Hochspannungsquelle bzw. einen Funkengenerator angeschlossen ist. An der Elektrode 5 werden Funken in regelmäßigen Zeitabständen von z. B. 10 Sekunden erzeugt. Gewöhnlich wird zu diesem Zweck ein Gleichstrom verwendet, doch kann man gegebenenfalls mit Wechselstromzündfunken arbeiten. Die Dämpfe werden über einen Auslaß 7 abgezogen. The device according to the invention according to FIG. 1 comprises an ignition chamber 1 and a heating and Mixing chamber 2, which is immediately adjacent to the ignition chamber 1 and with it a constructive one Unity forms. The ignition chamber 1 comprises a liquid chamber 3 and one immediately above this arranged steam chamber 4. The steam chamber is equipped with a spark generating device 5 equipped with the connection 6 to a high voltage source or a spark generator connected. At the electrode 5 sparks are generated at regular intervals of z. B. 10 Seconds generated. A direct current is usually used for this purpose, but one can work with alternating current spark if necessary. The vapors are drawn off via an outlet 7.

Die Dampfkammer ist durch eine kurze Leitung 8 mit einem Entflammungsdetektor 9 verbunden, der eine Membran 10 umfaßt, die auf einen elektrischen Schalter 11 wirkt. Die Membran besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffisoliermaterial, und ihr Durchmesser beträgt etwa 150 mm. Stoßwellen, die durch eine Entflammung in der Dampfkammer erzeugt werden, werden mit Hilfe der Membran nachgewiesen, die den Schalter 11 bei jeder Entflammung kurzzeitig öffnet oder schließt.The steam chamber is connected by a short line 8 to an inflammation detector 9, the comprises a membrane 10 which acts on an electrical switch 11. The membrane is preferably made made of a plastic insulating material, and its diameter is about 150 mm. Shock waves that are generated by an ignition in the steam chamber, are detected with the help of the membrane, which opens or closes the switch 11 briefly with each ignition.

Die zu prüfende Flüssigkeit wird über die Leitung 12 zugeführt. Ein abgemessener Strom eines sauerstoffhaltigen Gases, normalerweise Luft, wird überThe liquid to be tested is fed in via line 12. A metered stream of an oxygen-containing Gas, usually air, is over

den Einlaß 13 zugeführt und mit der Flüssigkeit gemischt, bevor diese in der Heiz- und Mischkammer 2 erhitzt wird. In einem bestimmten Fall betrug der Flüssigkeits- bzw. öldurchsatz etwa 4,5 l/h und der Durchsatz an sauerstoffhaltigem Gas (Luft) etwa 14 l/h. Diese Durchsatzmengen können innerhalb weiter Grenzen variieren; sie richten sich unter anderem nach Art der zu prüfenden Flüssigkeit und dem verwendeten sauerstoffhaltigen Gas.fed to the inlet 13 and mixed with the liquid before it enters the heating and mixing chamber 2 is heated. In a certain case the liquid or oil throughput was about 4.5 l / h and the Throughput of oxygen-containing gas (air) approx. 14 l / h. These throughput rates can be within further limits vary; they depend, among other things, on the type of liquid to be tested and the oxygen-containing gas used.

Die Heizkammer 2 umfaßt ein patronenförmiges Heizelement 14, das in einem schraubenlinienförmigen Kanal 15 angeordnet ist und über Anschlüsse 16 elektrisch beheizt ist.The heating chamber 2 comprises a cartridge-shaped heating element 14 which is in a helical shape Channel 15 is arranged and is electrically heated via connections 16.

Das Flüssigkeits- und Gasgemisch steigt längs des schraubenlinienförmigen Kanals 15 nach oben und tritt bei 17 in die Flüssigkeitskammer 3 ein. Hierbei bewirkt die Schwerkraft eine Trennung der Flüssigkeit von dem Dampf. Ein Spritzschutz 18 verhindert, das Flüssigkeitstropfen mitgerissen werden und in die Dampfkammer 4 gelangen.The liquid and gas mixture rises along the helical channel 15 upwards and enters the liquid chamber 3 at 17. Here, gravity separates the liquid from the steam. A splash guard 18 prevents the drops of liquid from being carried away and into the Reach steam chamber 4.

Die erhitzte Flüssigkeit bildet in der Flüssigkeitskammer 3 eine Pfütze. Durch ein Überlaufrohr 19 mit einem Wehr 20 wird eine konstante Standhöhe der Pfütze aufrechterhalten.The heated liquid forms a puddle in the liquid chamber 3. Through an overflow pipe 19 with a weir 20 a constant level of the puddle is maintained.

Im Auslaß 17 der Heizkammer ist ein Temperaturmeßfühler 21, z. B. ein Thermoelement angeordnet, durch den die Temperatur der zu prüfenden Flüssigkeit unter Prüfbedingungen gemessen und durch ein Registriergerät 22 angezeigt wird.In the outlet 17 of the heating chamber is a temperature sensor 21, for. B. a thermocouple arranged, by which the temperature of the liquid to be tested is measured under test conditions and is indicated by a registration device 22.

Die Dampfkammer ist mit einer gesonderten Heizvorrichtung 23, z. B. einem ringförmigen Heizelement, versehen, das über einen Anschluß 24 an eine Stromquelle angeschlossen ist: Um die Verbrennungswärme auszugleichen, die erzeugt wird, wenn der Dampf in der Dampfkammer zur Entzündung kommt, wird die mit Hilfe der Heizvorrichtung 23 zugeführte Wärme verringert, bzw. die Heizvorrichtung wird vorzugsweise abgeschaltet, sobald eine Entflammung eintritt. Wenn die Flammenbildung aufhört, wird die Zufuhr von Wärme mit Hilfe der Heizvorrichtung 23 wieder aufgenommen.The steam chamber is provided with a separate heating device 23, e.g. B. an annular heating element, provided, which is connected to a power source via a connection 24: To the heat of combustion balance that is generated when the steam in the steam chamber ignites comes, the heat supplied with the aid of the heating device 23 is reduced, or the heating device is preferably switched off as soon as a fire occurs. When the flame formation ceases, the supply of heat with the aid of the heating device 23 is resumed.

In die Leitung 12 ist ein Vorwärmer 25 für den zuzuführenden Flüssigkeitsstrom eingeschaltet; dieser Vorwärmer 25 kann von ähnlicher Konstruktion sein wie die Heizkammer 2, d. h., er kann im wesentlichen ein Gehäuse, einen schraubenlinienförmigen Kanal für die Flüssigkeit und ein im Inneren angeordnetes patronenförmiges Heizelement umfassen.A preheater 25 for the liquid flow to be supplied is switched into the line 12; this Preheater 25 can be of similar construction to heating chamber 2, i.e. i.e., he can essentially a housing, a helical channel for the liquid and a cartridge-shaped one arranged inside Include heating element.

Somit wird durch die Heizkammer 2 nur ein Teil der dem zugeführten Flüssigkeitsstrom zuzuführenden Wärme aufgebracht. Der größte Teil der Wärme wird mit Hilfe des Vorwärmers 25 zugeführt. Der Temperaturunterschied längs der Heizkammer 2 wird mittels eines Temperaturfühlers 27 am Einlaß der Heizkammer und eines Temperaturfühlers 21 am Auslaß der Heizkammer gemessen und einem Temperaturregler 26 zugeführt, der den Temperaturunterschied durch Steuerung der Energiezufuhr zu dem Vorwärmer 25 auf einem konstanten oder mindestens im wesentlichen konstanten Wert hält.Thus, through the heating chamber 2, only a part of the liquid flow to be supplied is removed Heat applied. Most of the heat is supplied with the aid of the preheater 25. the Temperature difference along the heating chamber 2 is by means of a temperature sensor 27 at the inlet of the Heating chamber and a temperature sensor 21 measured at the outlet of the heating chamber and a temperature controller 26 supplied, the temperature difference by controlling the energy supply to the Preheater 25 holds at a constant or at least substantially constant value.

Dieser Sollwert des Temperaturunterschieds wird mittels einer Einstellvorrichtung 28 eingestellt. Der Temperaturunterschied beträgt gewöhnlich 15 bis 30⁰C.This setpoint value of the temperature difference is set by means of a setting device 28. The temperature difference is usually 15 to 30 ⁰ C.

Das Gerät ist gewöhnlich in einem explosionssicheren Gehäuse angeordnet, das gegebenenfalls mit einer Temperaturregeleinrichtung versehen sein kann.The device is usually arranged in an explosion-proof housing, possibly with a temperature control device can be provided.

Wenn das Gerät zu Flammpunktmessungen benutzt wird, d. h. nicht nur dazu, anzuzeigen, ob ein Flammpunkt aufgetreten ist, der unter einer gewählten Temperatur liegt, werden die Heizeinrichtungen für die Flüssigkeit so betrieben, daß eine fortschreitende Erhöhung der Temperatur der der Flüssigkeitskammer zugeführten Flüssigkeit bewirkt wird, und die Heizeinrichting wird außerdem so gesteuert, daß die Temperatur der Flüssigkeit mindestens im wesentlichen auf dem Wert gehalten wird, bei dem eine Entflammung eintritt. Zu diesem Zweck wird die der Heizpatrone 14 zugeführte Energie verringert oder vergrößert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Dampf in der Dampfkammer entzündet oder nicht.If the device is used for flash point measurements, i. H. not just to indicate whether a Has occurred a flash point that is below a selected temperature, the heating devices operated for the liquid so that a progressive increase in the temperature of the liquid supplied to the liquid chamber is effected, and the heating device is also controlled so that the temperature of the liquid is at least substantially is held at the value at which ignition occurs. For this purpose, the Heating cartridge 14 reduced or increased energy supplied, depending on whether the Steam ignited or not in the steam chamber.

Das vollständige Regelsystem für die bevorzugte Ausbildungsform des Geräts zum Messen der Flammpunkttemperatur ist in F i g. 2 dargestellt.The complete control system for the preferred embodiment of the device for measuring the Flash point temperature is in FIG. 2 shown.

Ein Gleichstromfunke wird in der Dampfkammer alle 10 Sekunden mit Hilfe des Funkengenerators 29A direct current spark is generated in the steam chamber every 10 seconds with the aid of the spark generator 29

ao erzeugt, der an der Klemme 6 angeschlossen ist. Der Generator 29 wird durch einen Motor 30 angetrieben, der jeweils in 10 Sekunden eine Umdrehung ausführt.
Wenn die zu prüfende Flüssigkeit eine Temperatur aufweist, die unter ihrem Flammpunkt liegt, tritt keine Zündung ein, und die Wärmezufuhr zu der Heizpatrone 14 wird allmählich gesteigert. Die Heizkammer ist mit ihren Anschlüssen an einen verstellbaren Transformator 31 angeschlossen, der durch einen umsteuerbaren Motor 32 angetrieben wird, welcher jeweils in 40 Minuten eine Umdrehung ausführt. Der Motor 32 treibt den verstellbaren Transformator in der Weise an, daß die dem Heizelement 14 zugeführte Spannung erhöht wird. Bei diesem Betriebszustand wird dem ringförmigen Heizelement 23 der Dampfkammer elektrische Energie zugeführt.ao, which is connected to terminal 6. The generator 29 is driven by a motor 30 which rotates once every 10 seconds.
If the liquid to be tested has a temperature below its flash point, no ignition occurs and the heat supply to the heating cartridge 14 is gradually increased. The heating chamber is connected with its connections to an adjustable transformer 31, which is driven by a reversible motor 32, which rotates once every 40 minutes. The motor 32 drives the variable transformer in such a way that the voltage applied to the heating element 14 is increased. In this operating state, the annular heating element 23 of the steam chamber is supplied with electrical energy.

Sobald die Entflammung beginnt, betätigt der Entflammungsdetektor 9 ein Relais 33. Dieses Relais wird 9 Sekunden lang im eingeschalteten Zustand gehalten, und zwar durch einen Schalter 34, der durch den gleichen Motor 30 betätigt wird, welcher den Funkengenerator antreibt. Das Relais 33 umfaßt Kontakte, mittels derer während der Zeitspanne von 9 Sekunden der Antriebsmotor 32 für den verstellbaren Transformator umgesteuert und die Beheizung des ringförmigen Heizelements 23 unterbrochen wird. Nach Ablauf der 9 Sekunden wird das Relais wieder ausgeschaltet, das ringförmige Heizelement 23 wird wieder eingeschaltet und der Antrieb des verstellbaren Transformators wird erneut umgesteuert. Eine Sekunde danach wird ein neuer Funke erzeugt, und wenn wiederum eine Entflammung eintritt, wird der soeben beschriebene Arbeitsvorgang wiederholt.As soon as the ignition begins, the inflammation detector 9 actuates a relay 33. This relay is kept in the on state for 9 seconds by a switch 34 that is through the same motor 30 that drives the spark generator is operated. The relay 33 comprises Contacts by means of which during the period of 9 seconds the drive motor 32 for the adjustable The transformer is reversed and the heating of the annular heating element 23 is interrupted will. After the 9 seconds have elapsed, the relay is switched off again, the ring-shaped heating element 23 is switched on again and the drive of the adjustable transformer is reversed again. A second after that, a new spark is generated, and when a fire occurs again, the operation just described is repeated.

F i g. 3 zeigt eine waagerechte Zeitskala 35, die sich zwischen 0 und 140 Sekunden erstreckt. Es sei angenommen, daß die sechs ersten Funken und die beiden letzten Funken zu einer Entflammung führen; dies ist längs der Zeitskala durch kurze senkrechte Linien angedeutet.F i g. 3 shows a horizontal time scale 35 which extends between 0 and 140 seconds. Be it assumed that the first six sparks and the last two sparks cause an ignition; this is indicated along the time scale by short vertical lines.

Die beiden Linienzüge unter der Zeitskala stellen schematisch den Zustand des Heizelements 23 für die Dampfkammer (obere Linie 36) und die Heizpatrone 14 (untere Linie 37) dar.The two lines below the time scale schematically represent the state of the heating element 23 for the steam chamber (top line 36) and the heating cartridge 14 (bottom line 37).

Das Heizelement 23 ist entweder eingeschaltet oder ausgeschaltet; zwischen der 60 und der 130. Sekunde ist das Heizelement ununterbrochen eingeschaltet. The heating element 23 is either switched on or switched off; between 60 and 130 Second the heating element is switched on continuously.

Die Linie 37 veranschaulicht die Bewegung des Antriebsmotors für den verstellbaren Transformator. Vom Beginn des dargestellten Vorgangs bis zur 60. Sekunde wird die Ausgangsspannung des verstellbaren Transformators kontinuierlich verringert, jedoch mit Ausnahme der 1 Sekunde dauernden Zeitspanne am Ende jedes Intervalls von 10 Sekunden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Funken.Line 37 illustrates the movement of the drive motor for the variable transformer. From the beginning of the process shown up to the 60th second, the output voltage of the adjustable Transformer continuously reduced, but with the exception of the 1 second period at the end of each 10 second interval between two consecutive sparks.

Zwischen der 60. und der 130. Sekunde wird die Ausgangsspannung kontinuierlich erhöht.The output voltage is continuously increased between the 60th and 130th second.

Das beschriebene Gerät wurde unter anderem mit gutem Erfolg bei der kontinuierlichen Flammpunktbestimmung von Schmieröldestillaten aus einem Vakuumdestillationsaggregat benutzt, wobei Flammpunkte von etwa 220° C gemessen wurden und die Viskosität etwa 230 Centistoke bei 38° C betrug.The device described has, among other things, been very successful in the continuous determination of the flash point of lubricating oil distillates from a vacuum distillation unit, with flash points of about 220 ° C and the viscosity was about 230 centistokes at 38 ° C.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the flash point of liquids with a liquid chamber and an ignition chamber preferably comprising a steam chamber arranged above it, a spark generator, a heating chamber for heating the liquid and an oxygen-containing gas, a device for keeping the level of a liquid puddle constant in the liquid chamber, a temperature sensor for determining the temperature of the liquid in the liquid chamber as well a temperature controller for the heating chamber and an inflammation detector assigned to the steam chamber, characterized in that the heating chamber (2) has a separate Preheating device (25) for the liquid is connected upstream, via a differential temperature controller (22), the first temperature sensor (21) in the liquid chamber (3) and its second temperature sensor (27) in the line between preheating device (25) and heating chamber (2) is arranged to be controlled so that the temperature difference therebetween Measuring points remains essentially constant, and that the steam chamber (4) has a further separate Heating device (23) is assigned, which is connected to the flame detector (9) connected control device is controlled in such a way that it is switched off briefly with each ignition or is throttled.

2. Apparatus according to claim 1 with a common heating chamber for heating the liquid and the oxygen-containing gas, characterized in that the gas is before the liquid the entry into this common heating chamber (2) is mixed (inlet 13).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heating chamber (2) of such a way the flame detector (9) is controlled that the liquid at a temperature value at that a fire occurs, is held.