DE19906772C1

DE19906772C1 - Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE19906772C1
Application number: DE1999106772
Authority: DE
Inventors: Matthias Vogl
Original assignee: VOGL ELECTRONIC GmbH
Current assignee: VOGL ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-02-18

Abstract

Meßeinrichtung zum Bestimmen der Dampf- bzw. Kondensationsfront in einer unter Vakuum stehenden Verdampfungseinrichtung oder Destillationseinrichtung, bei welcher in einem Kühler (1) für den aufsteigenden Dampf die Temperaturen T1, T2 in einem unteren und einem oberen Temperaturmeßpunkt gemessen werden, und bei welcher außerdem eine Verlaufstemperatur (TV) mittels eines Sensors bestimmt wird, welcher sich zwischen den beiden Temperaturmeßpunkten (11, 12) quer durch den Frontbereich des im Kühler (1) zu einer Dampfsäule (14) kondensierenden Dampfes erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Bestimmen der Dampf- bzw. Kondensationsfront in einer unter Vakuum stehenden Verdampfungseinrichtung oder Destillations einrichtung, bei welcher in einem Kühler für den aufsteigenden Dampf die Temperaturen in einem oberen und einem unteren Temperaturmeßpunkt gemessen werden.

Eine derartige Einrichtung ist am Beispiel eines Rotationsverdampfers in der deutschen Patentschrift DE- C2-37 18 791 beschrieben. Der bekannte Rotationsverdampfer eignet sich zum Destillieren von Flüssigkeiten unter Vakuum, wobei die Vakuumpumpe oder eine Heizeinrichtung mittels zweier Temperatursensoren über eine entsprechende Regeleinrichtung gesteuert werden. Die Regeleinrichtung ist als Soll-Ist-Wert-Vergleicher ausgestaltet, in welchem die Meßwerte der beiden Sensoren mit einem vor bestimmbaren Temperatur/Zeit-Gradienten zur Erzeugung eines Regelsignals vergleichbar sind. Damit soll erreicht werden, daß die Kondensationsfront im Kühler zur Optimierung des Destilliervorgangs stets in einem gewünschten Bereich bleibt.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den optimalen Arbeitspunkt bei einer Einrich tung der eingangs genannten Art mittels einer einfachen Meßeinrichtung bei hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten und dabei eine rasche Anpassung an sich ändernde Rand bedingungen auch bei sensiblen Verdampfungsmedien zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Meß einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß neben den Temperaturen in dem oberen und dem unteren Temperaturmeßpunkt noch eine Verlaufstemperatur TV mittels eines Sensors bestimmt wird, welcher sich zwischen den beiden Temperaturmeßpunkten quer durch den Frontbereich des im Kühler zu einer Dampfsäule konden sierenden Dampfes erstreckt und daß die Lage der Dampf front am oberen Ende der Dampfsäule mittels eines Rechners laufend bestimmt wird nach der Formel

wobei h die Gesamthöhe der Meßstrecke zwischen den Temperaturmeßpunkten, h1 die Höhe der Dampfsäule bis zur Dampffront, TV die Verlaufstemperatur zwischen den Temperaturmeßpunkten, T1 die Temperatur im unteren Temperaturmeßpunkt und T2 die Temperatur im oberen Temperaturmeßpunkt bedeuten.

Der Quotient h1/h stellt dabei bezogen auf die Höhen differenz h zwischen den beiden Temperaturmeßpunkten die anteilige Höhe h1 der Dampfsäule bis zur Dampffront dar. Bei den beiden Temperaturdifferenzen laut obiger Formel kommt es lediglich auf die Absolutwerte an; dabei spielt es keine Rolle, in welcher Richtung die im Kühler vor gesehene Kühlschlange vom Kühlmedium durchströmt wird. In der Formel entsprechen die Temperaturwerte den an den Endpunkten der Meßstrecke h gemessenen Temperaturen T1, T2. Die Verlaufstemperatur TV ist meßtechnisch vorteil haft dadurch darstellbar, daß der obere Temperatur meßpunkt bzw. der untere Temperaturmeßpunkt am oberen bzw. unteren Ende einer im Kühler angeordneten Kühl schlange vorgesehen sind und daß der Sensor zur Ermittlung der Verlaufstemperatur im wesentlichen aus einem langgestreckten Meßleiter gebildet ist, dessen Länge etwa der Gesamthöhe h der Meßstrecke entspricht. Bei einem derartigen langgestreckten Meßleiter handelt es sich bevorzugt um einen homogenen Wärmeleiter, z. B. in Art eines Metalldrahts, wobei sich beispielsweise Wolfram wegen des hohen Wärmewiderstandes besonders gut eignet.

Demzufolge wird das Herzstück der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung durch einen Dampffrontsensor gebildet, der im wesentlichen aus einem langgestreckten Meßleiter und zwei punktförmigen Temperaturmeßsonden an dessen beiden Enden besteht, welche den oberen und den unteren Temperaturmeßpunkt bilden.

Zur Auswertung der Meßergebnisse ist erfindungsgemäß eine am Rechner angeschlossene Anzeigeeinheit vorgesehen, welche die drei Temperaturwerte laufend und mit sich rasch ändernder zeitlicher Abfolge sichtbar macht und auf welcher außerdem die jeweilige Höhe der Kondensations front als Teilwert h1 der Gesamthöhe h der Meßstrecke angegeben wird. Die Höhe der Dampffront und die Änderungsgeschwindigkeit derselben sind auf diese Weise anhand der laufend dargestellten Meßdaten leicht nach vollziehbar; selbstverständlich können diese Meßdaten ohne weiteres durch einfache Rechenoperationen in Geschwindigkeitsangaben, wie die Ausbreitungsgeschwindig keit der Dampffront oder Temperaturgradienten in den einzelnen Meßpunkten umgerechnet werden. Zur Dokumen tation und Weiterverarbeitung bzw. Auswertung der gemessenen Daten werden diese zweckmäßig auf einem am Rechner angeschlossenen Speichermedium gespeichert.

Während des Verdampfungsvorgangs kann die Dampffront bei sich ändernden Umgebungsbedingungen, z. B. der Temperatur des Kühlmediums oder der Badtemperatur bei einem Rotationsverdampfer stets am optimalen Arbeitspunkt gehalten werden bzw. bei Abweichungen rasch wieder an diesen herangeführt werden. Anhand der gemessenen Temperaturwerte können selbstverständlich auch Beginn und Ende der Verdampfung unmittelbar bestimmt und angezeigt werden.

Das Ansteuern des optimalen Arbeitspunkts erfolgt erfindungsgemäß durch eine an den Rechner angeschlossene Steuereinheit, mit welcher wählbare Regel-Parameter zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Höhe h1 der Konden sationsfront auf automatische Weise ansteuerbar sind. Dabei gilt als bevorzugter Regel-Parameter der dem Vakuum in der Kondensationssäule entsprechende Gasdruck, d. h. über die Steuereinheit wird die Leistung einer Vakuum pumpe reguliert.

Andere denkbare Regel-Parameter sind die Strömungs geschwindigkeit des Kühlmittels oder die Temperatur der Verdampfungseinrichtung z. B. des Wasserbads, in welches das Destilliergefäß eintaucht.

Gemäß Patentanspruch 1 lautet die Formel für die Ermittlung der Höhe h1 der Dampffront

Die Auswerteeinheit 10 zeigt hierzu die entsprechenden Meßwerte TV, T1, T2 und das Ergebnis h1/h in einem vor gegebenen Schwankungsbereich um einen optimalen Arbeitspunkt herum an. Die im Folgenden tabellarisch wiedergegebenen Daten sind Meßbeispiele mit verschiedenen Betriebsparametern T1, T2, welche durch die Formel bestätigt werden.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Rotationsverdampfer mit einer Meßeinrichtung zum Messen der Temperaturen T1, T2 und TV.

Der Rotationsverdampfer besteht aus einer Kondensations säule bzw. einem Kühler 1, in dessen Innerem eine Kühl schlange 2, welche im gewählten Beispiel von oben nach unten durchströmt ist, untergebracht ist. Die Temperatur T2 in einem oberen Temperaturmeßpunkt 12 entspricht dem nach im wesentlichen der Temperatur des Kühlmediums, bei spielsweise Kühlwasser. Ein Destilliergefäß 3, welches mittels eines Motors 4 rotierbar ist, taucht in ein auf heizbares Bad 5, z. B. als Wasserbad, ein. Die im Destilliergefäß 3 enthaltene Flüssigkeit verdampft durch das Aufheizen im Wasserbad 5; der entstehende Dampf wird in das Innere des Kühlers 1 geleitet und schlägt sich an der Kühlschlange 2 nieder und bildet dort eine Dampfsäule 14, deren oberes Ende als Dampffront 8 bezeichnet wird. Das Destillat wird in einem Sammelgefäß 6 (Vorlage) gesammelt.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung besteht im wesent lichen aus einem langgestreckten Meßleiter 7 mit einem oberen Temperaturmeßpunkt 12 und einem unteren Temperaturmeßpunkt 11. Der Meßleiter 7 liefert einen analogen Meßwert TV, welcher der Berechnung der Teilhöhe h1, welche die Höhe der Dampffront 8 angibt, dient. Die Gesamtlänge der Meßstrecke h entspricht der Höhen differenz zwischen den beiden Temperaturmeßpunkten 11, 12.

In der Zeichnung wurde darauf verzichtet, die Verdrahtung für die Leitungsverbindungen zu den Meßpunkten T1, T2, TV gesondert einzuzeichnen. Man kann sich aber ohne weiteres vorstellen, daß diese Meßleitungen, voneinander isoliert in einer zentral angebrachten rohrförmigen Sensoreinheit in Form eines Dampffrontsensors 9 untergebracht sind, welcher zur Auswertung der Meßsignale mit einer Auswerte einheit 10, welche neben einem Rechner eine Anzeige einheit, eine Steuereinheit und eine Regeleinheit umfaßt, verbunden ist. In Abhängigkeit von den in der Auswerte einheit 10 verarbeiteten Meßdaten erzeugt die Steuer einheit ein von der Höhe h1 der Dampffront 8 abgeleitetes Signal, welches in der Regeleinheit in eine Regelgröße zur Regelung der Leistung einer Vakuumpumpe 13 umgewandelt wird.

Claims

1. Meßeinrichtung zum Bestimmen der Dampf- bzw. Kondensationsfront in einer unter Vakuum stehenden Verdampfungseinrichtung oder Destillationsein richtung, bei welcher in einem Kühler (1) für den aufsteigenden Dampf die Temperaturen T1, T2 in einem unteren und einem oberen Temperaturmeßpunkt gemessen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß außerdem eine Verlaufstemperatur (TV) mittels eines Sensors bestimmt wird, welcher sich zwischen den beiden Temperaturmeßpunkten (11, 12) quer durch den Frontbereich des im Kühler (1) zu einer Dampfsäule (14) kondensierenden Dampfes erstreckt,
und daß die Lage der Dampffront (8) am oberen Ende der Dampfsäule (14) mittels eines Rechners laufend bestimmt wird nach der Formel
wobei h die Gesamthöhe der Meßstrecke zwischen den Temperaturmeßpunkten (11, 12), h1 die Höhe der Dampfsäule (14) bis zur Dampffront (8), TV die Verlaufstemperatur zwischen den Temperaturmeßpunkten (11, 12), T1 die Temperatur im unteren Temperaturmeßpunkt (11) und T2 die Temperatur im oberen Temperaturmeßpunkt (12) bedeuten.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Temperaturmeßpunkt (12) bzw. der untere Temperaturmeßpunkt (11) am oberen bzw. unteren Ende einer im Kühler (1) angeordneten Kühlschlange (2) vorgesehen sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Ermittlung der Verlaufstemperatur TV im wesentlichen aus einem langgestreckten Meßleiter (7) gebildet ist, dessen Länge etwa der Gesamthöhe h der Meßstrecke entspricht.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Dampffrontsensor (9) umfaßt, im wesentlichen bestehend aus dem langgestreckten Meßleiter (7) und zwei punktförmigen Temperaturmeßsonden an dessen beiden Enden, welche den oberen (12) und den unteren (11) Temperaturmeßpunkt bilden.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Rechner angeschlossene Anzeigeeinheit vorgesehen ist, welche die drei Temperaturwerte (T1, T2, TV) laufend und mit sich rasch ändernder zeitlicher Abfolge sichtbar macht und auf welcher außerdem die jeweilige Höhe der Kondensationsfront (8) als Teilwert (h1) der Gesamthöhe h der Meßstrecke ablesbar ist.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechner eine Steuereinheit verbunden ist, mit welcher wählbare Regel-Parameter zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Höhe (h1) der Kondensationsfront (8) ansteuerbar sind.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regel-Parameter der dem Vakuum in der Kondensationssäule (1) entsprechende Gasdruck vorgesehen ist.