DE19621073A1 - Tragbarer Kohlenwasserstoffmonitor für Lösemitteldämpfe - Google Patents
Tragbarer Kohlenwasserstoffmonitor für LösemitteldämpfeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen tragbaren
Kohlenwasserstoffmonitor für Lösemitteldämpfe gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen tragbaren
Kohlenwasserstoffmonitor für Lösemitteldämpfe eines
Durchlaufschwebetrockners einer Rotationsdruckmaschine.
Nach dem Stand der Technik werden als tragbare
Kohlenwasserstoffmonitor-Systeme meist
Flammenionisationsdetektoren (FID) verwendet,
insbesondere für den Einsatz an
Durchlaufschwebetrocknern von Rotationsdruckmaschinen.
Diese FID-Technik ist mit einigen wesentlichen
Nachteilen verbunden. Die FID-Geräte benötigen zum
Betrieb sowohl Wasserstoff (Betriebsgas) als auch
Kalibriergase, da vor jeder Messung eine
Nachkalibrierung erforderlich ist. Die Gase werden in
speziellen Gasflaschen mit einem Druck von 150 bar
bereitgestellt. Der Versand der Gasflaschen bereitet in
letzter Zeit große Probleme, da derartige Flaschen nur
noch als Gefahrgut von Flugzeugen oder Schiffen zum
Transport angenommen werden. Die Kosten die beim
Versand dieser Flaschen entstehen sind deshalb sehr
hoch. Desweiteren fallen durch diese Gase erhebliche
Betriebskosten an. Um aus den Meßergebnissen den
entsprechenden prozentualen Anteil der UEG (untere
Explosionsgrenze) ermitteln zu können, müssen diese
unter Berücksichtigung der lösemittelspezifischen
Responsefaktoren in % UEG umgerechnet werden.
Aus der EP 0 379 891 B1 ist ein Durchlauftrockner für
Rollenrotationsdruckmaschinen mit einer ortsfesten
Infrarot-Strahlenmeßvorrichtung zur Regelung des
Kohlenwasserstoffgehalts im Durchlauftrockner bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
tragbaren Kohlenwasserstoffmonitor der durch den
Oberbegriff festgelegten Gattung so auszubilden, daß
die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile
überwunden werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß den Merkmalen
von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausbildungen des
erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffmonitors sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird als Meßverfahren für den Nachweis
der kohlenwasserstoffhaltigen Lösemitteldämpfe in
Durchlaufschwebetrocknern die Absorption von
Infrarotstrahlung (IR) zwischen 3,1 und 3,5 µm
ausgenutzt, wobei die Lösemitteldämpfe über eine
beheizte Transferleitung in eine ebenfalls beheizte,
gasdichte IR-Absorptionsküvette geleitet werden.
Anstelle von Kalibriergasen werden Flüssigkeitsküvetten
an einem bestimmten Ort im Strahlengang positioniert,
die einen definierten Anteil des zu messenden
Lösemittels in einer Flüssigkeit ohne IR-Absorptionsbanden
im relevanten IR-Bereich enthält. Auf
diese Weise kann auf Betriebs- und Kalibriergase im
Falle des erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffmonitors
vollständig verzichtet werden. Weitere Vorteile des
erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffmonitors werden in
den Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die
Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen
als Beispiele erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 die wesentlichen Baugruppen einer
möglichen Ausführungsform des tragbaren
Kohlenwasserstoffmonitors nach der
Erfindung,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des
tragbaren Kohlenwasserstoffmonitors nach
der Erfindung.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Baugruppen einer
möglichen Ausführungsform des tragbaren
Kohlenwasserstoffmonitors 14 schematisch wiedergegeben.
Eine zu messende lösemittelhaltige Gasprobe wird von
einem Durchlaufschwebetrockner 15 über einen beheizten
Probenentnahmeschlauch 12 in eine ebenfalls beheizte
gasdichte Küvette 1 verbracht. Dabei liegt sowohl die
Sonden-, als auch die Küvettentemperatur über der
Kondensationstemperatur des im Gas enthaltenden, zu
messenden Lösemittels.
Das Meßgerät enthält eine optische Baugruppe 2, die
einen IR-Strahl erzeugt, der nach Passieren einer Leer- bzw.
Kalibrierküvette 3 in die Meßküvette 1
eingespiegelt wird. Die Meßküvette 1 ist durch zwei IR-durchlässige
Fenster gasdicht verschlossen.
Vorzugsweise wird der Strahl am Ende der Meßküvette 1
durch einen Spiegel zurückgelenkt, so daß er den
Meßstrahlengang nochmals passiert. Die optische
Baugruppe 2 dient der IR-Absorptionsmessung im
relevanten Spektralbereich zwischen 3,0 µm und 4,0 µm,
wobei unterschiedliche IR-Meßverfahren eingesetzt
werden können. Beispielsweise kann die IR-Absorptionsmessung
mit Hilfe eines entsprechenden
Filter- oder Gitterspektrometers realisiert werden. Es
können aber auch entsprechende Fourierspektrometer
eingesetzt werden. Die von der optischen Baugruppe 2
gelieferten Meßdaten werden einer Auswerte- und
Steuerungseinheit 4 zugeführt. Die Bedienung des
Meßgerätes kann entweder über ein Tastenfeld 5 in
Verbindung mit einem geräteinternen Display 6 oder mit
Hilfe eines externen PC′s beziehungsweise Notebook′s
über eine serielle Geräte-Schnittstelle 16, z. B. RS232,
erfolgen.
Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Responsefaktoren
kann das Meßgerät mittels Kodierschalter, auf dem
Tastenfeld 5, oder über die Schnittstelle 16 mit Hilfe
eines PC′s oder Notebook′s auf das zu messende
Lösemittel eingestellt werden. Zur Kalibrierung können
Flüssigkeitsküvetten 3 in den Strahlengang gestellt
werden. Die Kalibrierküvetten enthalten einen bekannten
prozentualen Anteil des zu messenden Lösemittels in
einer zwischen 3,0 µm und 3,5 µm transparenten
Flüssigkeit. Damit kann jeweils auf das zu messende
Lösemittel kalibriert werden, so daß in diesem Fall auf
die Verwendung von Responsefaktoren ganz verzichtet
werden kann.
Nach Passieren der Meßküvette 1 wird die heiße Probe in
einer Kondensfalle 7 abgekühlt. Das anfallende
Kondensat 8 kann zur weiteren Untersuchung im Labor der
Fallen entnommen werden. Die zur Förderung des
Probegases verwendete Pumpe 9 wird durch die
Kondensfalle 7 thermisch entlastet. Das vom Lösemittel
befreite Gas wird an die Umgebung abgegeben.
Zur Spülung der Gasküvette und der Probenleitung ist
die Strömungsrichtung umkehrbar, wobei die Umschaltung
mit einem 3-Wege-Hahn 13 erfolgt. Die mit Hilfe einer
weiteren Pumpe 10 aus der Umgebung angesaugte Luft wird
über einen Vorfilter 11 geführt, um ein Verschmutzen
der Meßküvette 1 zu verhindern. Dem Vorfilter 11 kann
auch ein Aktivkohlefilter beigefügt werden, das
eventuell in der Umgebungsluft vorhandene
Kohlenwasserstoffe absorbiert. Eine Messung, die in
dieser Betriebsart erfolgt, kann dann als
"Nullgasmessung" verwendet werden.
Die Anzeige des Meßwertes auf dem Display 6 erfolgt
direkt in % UEG, entweder temperaturkompensiert oder
auf 20°C bezogen, was mit einem Schalter auf dem
Tastenfeld 5 wählbar ist. Zur Dokumentation kann die
Messung entweder in einem Notebook oder PC gespeichert
oder mit Hilfe eines Linienschreibers am Analogausgang
17, Ausgang z. B. 0-10 V, mitgeschrieben werden.
Die Fig. 2 gibt schematisch eine bevorzugte
Ausführungsform des tragbaren Kohlenwasserstoffmonitors
nach der Erfindung wieder, bei der als optische
Baugruppe ein einfaches IR-Filterspektrometer 2 dient.
Die Strahlung eines IR-Emitters 2a wird mit Hilfe eines
Off-Axis-Parabolspiegels 2b kollimiert und über einen
Strahlteiler 2c in die Meßküvette 1 eingespiegelt. IR-transparente
Fenster 1a und 1b sorgen für ausreichende
thermische Isolation zwischen dem IR-Filterspektrometer
2 und der über die Heizung 1d erwärmten Meßküvette 1.
Die Meßstrecke wird durch das Fenster 1b und den
Spiegel 1c begrenzt und vom IR-Strahl zweimal
durchlaufen.
Durch den Spiegel 1c, der vorzugsweise als konkaver
Hohlspiegel ausgebildet ist und von der Heizung 1d
ebenfalls erwärmt wird, wird der IR-Strahl auf einen
zweiten Off-Axis-Parabolspiegel 2d gerichtet und von
diesem auf einen IR-Detektor 2g fokussiert. Mit einer
verspiegelten Chopperscheibe 2k, die von einem Motor 2j
mit (annähernd) konstanter Drehzahl angetrieben wird,
trifft der fokussierte IR-Strahl auch auf einen IR-Detektor
2e. Die Filter 2h und 2f sind Schmalband-Interferenzfilter,
die als Meß- und Referenzfilter
dienen. Vorzugsweise liegt die Zentralwellenlänge des
Meßfilters bei 3,45 µm und die des Referenzfilters bei
3,75 µm. In der Steuereinheit 4 werden mit auf die
Chopperfrequenz abgestimmten Schmalbandverstärkern oder
entsprechender Lock-In-Technik die Detektorsignale
verstärkt und nach A/D-Wandlung einem Mikrocontroller
zur Meßwerterfassung und -verarbeitung zugeführt.
Weitere Meßdaten sind die Gastemperatur (TK) 1e in der
Meßküvette 1 und die Temperatur der optischen Baugruppe
(T₀) 2l für Korrektur- und Kontrollzwecke.
Im Meßbetrieb des tragbaren Kohlenwasserstoffmonitors
saugt eine Pumpeinrichtung 9 aus einem Trocknerraum 15
heiße Lösemitteldämpfe über einen beheizten
Probeentnahmeschlauch 12 durch eine Meßküvette 1 und
eine Kondensatfalle 7. Die vom Gebläse 7a abgekühlten
Lösemitteldämpfe kondensieren und sammeln sich in einem
mittels Peltierkühlung ausgestatteten Auffangbehälter
7c. Nach Beendigung der Messung kann durch Öffnen eines
Ventils 7d das anfallende Kondensat 8 entnommen werden.
Zur Spülung der Meßküvette 1 und für die notwendigen
Nullgasmessungen wird von der Steuerungseinheit 4 das
3-Wege-Magnetventil 13 und die Pumpeinrichtung 9
angesprochen, so daß Außenluft über das
Aktivkohlefilter 11 durch die Meßküvette 1 gedrückt
wird.
In dieser Betriebsart kann auch eine Kalibrierung der
Vorrichtung mit entsprechenden Flüssigkeitsküvetten 3
erfolgen. Zweckmäßigerweise wird hierzu eine permanent
im Strahlengang befindliche Leerküvette durch eine
Kalibrier-Flüssigkeitsküvette ausgetauscht und die
gemessenen Abweichungen automatisch vom Mikrocontroller
in der Steuerungseinheit 4 korrigiert.
Der tragbare Kohlenwasserstoffmonitor nach der
Erfindung eignet sich insbesondere zur Messung von
hocherhitzten Lösemitteldämpfen, beispielsweise aus
Trocknern von Rotationsdruckmaschinen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht
auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten denkbar,
welche von der dargestellten Lösung auch bei
grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch
macht.
Claims (5)
1. Tragbarer Kohlenwasserstoffmonitor für
Lösemitteldämpfe, bestehend aus einem beheizbaren
Probeentnahmeschlauch (12), einer Pumpeinrichtung
(9) zum Ansaugen der Lösemitteldämpfe und einem
Meßsystem zum quantitativen Nachweis der
Kohlenwasserstoffkonzentration in der angesaugten
Gas- bzw. Lösemitteldampfprobe,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein IR-Spektrometer (2) mit beheizter gasdichter
Meßküvette (1) als Meßsystem vorgesehen ist, wobei
die IR-Absorption der Kohlenwasserstoffe im
Spektralbereich zwischen 3,0 µm und 3,5 µm genutzt
wird und die Temperatur der Meßküvette sowie die
Innentemperatur des Probeentnahmeschlauches über
der Kondensationstemperatur des im Gas enthaltenen
Lösemittels liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
stromaufwärts vor der Pumpeinrichtung (9) eine
Kondensfalle (7) angeordnet ist, die sowohl der
thermischen Entlastung der Pumpeinrichtung als
auch der Gewinnung des Lösemittelkondensates
dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
für die Kalibrierung des IR-Absorptionsspektrometers
IR-transparente
Leerküvetten (3) an definierter Position innerhalb
des Strahlenganges des IR-Spektrometers durch
geeichte Flüssigkeitsküvetten ausgetauscht werden
können, die eine bekannte Konzentration des zu
messenden Lösemittels in einer annähernd IR-transparenten
Flüssigkeit bezüglich des relevanten
Spektralbereiches von ca. 3,0 µm bis 3,5 µm
enthalten.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, durch welche zur Spülung
der Meßküvette (1) und für die Durchführung von
Nullgasmessungen (Nullpunktjustierung des IR-Spektrometers)
eine Umkehrung der
Strömungsrichtung durch die Meßküvette (1) derart
erfolgt, daß Außenluft von der Pumpeinrichtung
(9), vorzugsweise über einen Filter (11) für
Kohlenwasserstoffe, angesaugt und durch die
Meßküvette gedrückt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel (4) vorgesehen sind, durch welche eine
automatische Umrechnung der Meßwerte in % UEG
erfolgt, wobei mit Hilfe der gemessenen
Probentemperatur in der Meßküvette die
Temperaturabhängigkeit der UEG berücksichtigt
wird.
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