DE2206004B2

DE2206004B2 - Vorrichtung zur wahlweisen dosierten Entnahme von Fluiden aus einer Vielzahl verschiedener Fluidproben

Info

Publication number: DE2206004B2
Application number: DE19722206004
Authority: DE
Inventors: Atsushi Yokohama Kanagawa Sato (Japan)
Original assignee: Nippon Petrochemicals Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-02-09
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2206004C3; JPS4845281A; DE2206004A1; GB1381529A; JPS512836B2; FR2127689A5; IT947756B

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die Literaturstellen Hengstenberg —Sturm— W i η k I e r: Messen und Regeln in der chemischen Technik, zweite Auflage, Springer Verlag, 1964, Seite und 710 sowie Leibnitz.Struppe: Handbuch der Gaschromatografie, Verlag Chemie, 1970, Seite 649 und 650 bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden als Probenentnahmeeinrichtungen magnetgesteuerte Ventile, insbesondere Dreiwegmagnetventile mit einem Probeneinlaß und zwei Probenauslässen verwendet, von denen der eine Auslaß zum Probenanalysiergerät und der andere zu einer Abgaseinrichtung oder einem Abfluß führt. Dabei sind die an das Probenanalysiergerät angeschlossenen Probenauslässe zu einer einzigen Leitung vereint, die zu der Meßzelle des Probenanalysiergerätes führt. Die Dosierung der Proben wird dadurch vorgenommen, daß der Probeneinlaß des Magnetventils für eine vorbestimmte Zeitdauer mit dem an das Probenanalysiergerät angeschlossenen Probenauslaß verbunden wird. Bei

ίο diesen bekannten Vorrichtungen besteht nun die Gefahr, daß in der gemeinsamen Leitung zu dem Probenanalysiergerät die nachfolgende Probe von der vorangegangenen verunreinigt oder verseucht wird. Die nächste Probe kann daher dem Analysiergerät erst zugeführt werden, wenn die vorangegangene Probe vollständig aus dem gemeinsamen Leitungssystem entfernt ist. Dieser Reinigungsvorgang ist jedoch langwierig, und zwar insbesondere dann, wenn die Konzentration der zu analysierenden Substanz in den einzelnen Proben stark voneinander abweichen. Bezüglich der Nachteile der bekannten Vorrichtungen wird auch auf die Figurenbeschreibung verwiesen.

Es ist andererseits aus der US-PS 32 83 563 bereits eine Probenentnahmeeinrichtung bekannt, die ein Sechswegeventil zur dosierten Entnahme von Proben aus nur einem einzigen Piobenstrom verwendet. Für Verwendung bei diesem Sechswegeventil ist auch schon ein Meßrohr vorgesehen. Ferner ist diese bekannte Probenentnahmeeinrichtung in eine eiste Schaltstellung

w bringbar, in der zum einen der Probeneinlaß und der Meßrohreinlaß sowie der Meßrohrauslaß und der Probenauslaß in Reihe geschaltet sind und zum anderen der Trägerfluideinlaß und der Trägerfluidauslaß direkt miteinander verbunden sind, und die in eine zweite Schaltstellung bringbar ist, in der zum einen der Trägerfluideinlaß und der Meßrohreinlaß sowie der Meßrohrauslaß und der Trägerfluideinlaß in Reihe geschaltet sind und zum anderen der Probeneinlaß und der Probenauslaß direkt miteinander verbunden sind.

Diese bekannte Probenentnahmeeinrichtung ist so weitergebildet, daß mit ihr Luftdruckunterschiede kompensiert werden, die andernfalls das Meßergebnis verfälschen könnten. Die dosierte Entnahme von Proben aus mehreren verschiedenen Probenströmen und die aufeinanderfolgende Weiterleitung der entnommenen Proben durch eine gemeinsame Probenentnahmeleitung sind jedoch in dieser Druckschrift nicht angesprochen.
Es ist ferner aus der US-PS 34 89 011 eine Probenentnahmeeinrichtung bekannt, die so ausgebildet ist, daß sie von einem einzigen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom in regelmäßigen Abständen kleine konstante Probenvolumen entnimmt und diese in einen Fluidstrom überführt. Bei dieser bekannten Probenentnahmeeinrichtung werden eine Probe und ein Lösungsmittel an nebeneinanderliegenden Stellen gleichzeitig in den Fluidstrom eingebracht, jedoch ist eine Entnahme verschiedener Proben nur dann möglich, wenn dieser Einrichtung eine Probenauswahlvorrichtung vorgeschaltet ist. Trotz des nach jeder Probe in den Fluidstrom eingebrachten Lösungsmittels wird bei einer raschen Umschaltung von einer Probe zur anderen doch verhältnismäßig leicht eine Verunreinigung einer Probe durch die vorhergehende zwischen der Probenauswahl-

"^r· vorrichtung und der Probenentnahmevorrichtung auftreten. Das eingeführte Lösungsmittel dient vielmehr nur zur Reinigung der die Probe entnehmenden verschiebbaren Meßzelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die verschiedenen Proben in schneller Folge dem Probenanalysiergerät zugeführt werden können, ohne daß es dabei zu störenden Vermischungen zwischen aufeinanderfolgenden Proben kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Lehre ist also die Reihenschaltung der Probenentnahmeeinrichtungen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung wird eine schnelle quantitative Probenentnahme und Probenzufuhr erreicht, ohne daß es dabei zu störenden Verunreinigungen oder Verseuchungen der nachfolgenden Proben durch die vorangegangenen kommt. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine gemeinsamen Leitungen vorhanden sind, mit Ausnahme einer Trägerfluidleitung, die jedoch von dem Trägerfluid gereinigt und durchgespült wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Probenentnahmevorrichtung, daß keine nachfolgende Probe von einer vorangegangenen verunreinigt oder verseucht wird, beruht vor. allem darauf, daß die einzelnen Probenzufuhrleitungen jeweils an ein getrenntes unabhängiges Probenentnahmeventil angeschlossen sind. Bei einer solchen Anordnung besteht keine Verunreinigungsgefahr, selbst wenn zwei Proben beträchtliche Konzentrationsunterschiede bezüglich des zu untersuchenden Gases aufweisen, wie beispielsweise für den Fall, daß eine Probe a eine Konzentration von 100% aufweist, während eine Probe b nur eine Konzentration von einem Teil auf eine Million Teile aufweist.

Die nach der Erfindung aufgebaute Probenentnahmevorrichtung, beider die Probenentnahmeventile bezüglich der Probenzufuhr parallel zueinander angeordnet sind, und über eine zur Zufuhr des Trägergases dienende Leitung in Reihe miteinander geschaltet sind, verhindert vor allem, daß sich die einzelnen Proben vor der Analyse miteinander vermischen und zwischen den Probenverunreinigungen auftreten. Weiterhin entfällt bei der erfindungsgemäßen Anordnung die kompliziert aufgebaute Probenauswahlvorrichtung. Darüber hinaus gestattet die nach der Erfindung ausgebildete Probenentnahmevorrichtung ein schnelles Umschalten von der einen auf die andere Probe, so daß zahlreiche Proben aufeinanderfolgend von einem einzigen Analysiergerät, beispielsweise einem Gaschromatografen, sehr schnell untersucht werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Bei einer Weiterbildung weist jedes Meßrohr ein vorgegebenes Innenvolumen auf. Damit kann man eine hochgenaue Dosierung des Probenvolumens erreichen.

Eine rasche aber besonders saubere Entnahme von Proben unterschiedlicher Ausbildung läßt sich dann erreichen, wenn lediglich eine Probenentnahmeeinrichtung in die zweite Schaltstellung geschaltet ist, während sich alle anderen in der ersten Schaltstellung befinden.

Bei den Probenentnahmeeinrichtungen handelt es sich vorzugsweise um Sechswegeventile.

In den nachfolgenden Figuren zeigt die

Fig. 1 eine Anordnung mit einer herkömmlichen Probenauswahlvorrichtung, die

Fig.2 eine Ausführung einer herkömmlichen Probenauswahlvorrichtung, die

F i g. 3 einen herkömmlichen Gaschromatografen mit einer Probenauswahlvorrichtung, die

Fig.4 einen Gaschromatografen mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Probenentnahmevorrichtung, die

Fig.5 das Leitungsschaltbild eines herkömmlichen Sechswegeventils, das in einer nach der Erfindung ausgebildeten Probenentnahmevorrichtunt» Verwendung findet, die

Fig.6 ein Leitungsschaltbäld eines anderen herkömmlichen Sechswegeventils, das in einer Probenentnahmevorrichtung nach der Erfindung verwendet wird. Zunächst werden herkömmliche Probenentnahmeeinrichtungen an Hand der F i g. 1 bis 3 dargestellt. Die herkömmlichen Probenauswahlvorrichtungen benutzen einen die Durchflußöffnungen umschaltenden Mechanismus. Eine solche herkömmliche Anordnung ist in der Fig. 1 dargestellt. Bei geschlossenem Ventil 1 wird über eine Leitung 3 eine Probe a über ein geöffnetes Ventil 2 einem Analysiergerät 5 zugeführt.

Zum Umschalten auf eine Probe b wird zunächst das Ventil 2 geschlossen, anschließend das Ventil 1 geöffnet und die Probe b über eine Leitung 4 dem Analysiergerät 5 zugeführt. Bei dieser Anordnung besteht jedoch die Gefahr, daß die nachfolgend zugeführte Probe b durch ein in dem jetzt toten Leitungsabschnitt 3' der Leitung 3 verbleibenden Rest der Probe a verunreinigt wird. Hieraus folgt, daß die Probe b dem Analysiergerät erst zugeführt werden sollte, nachdem die Probe a vollständig aus dem Leitungssystem entfernt ist. Die

jo Ausführung dieses Reinigungsvorganges nimmt jedoch eine beträchtliche Zeit in Anspruch. Außerdem setzt ein solches Vorgehen voraus, daß die Ventile 1 und 2 im geschlossenen Zustand keine Leckstellen aufweisen. Abgesehen davon besteht die Schwierigkeit, daß die

"S5 Reinigungszeit äußerst lang ist, wenn die interessierende Substanz in der vorangegangenen Probe a beispielsweise eine Konzentration von 100% und in der nachfolgenden Probe b lediglich mit einem Teil auf eine Million vorkommt. Bei dem herkömmlichen Auswahlverfahren, wie es aus der F i g. 2 hervorgeht, wird eine Anzahl von Proben a, b, cusw. in einer Probenauswahlvorrichtung 6 ausgewählt, bevor die Proben dem Analysiergerät 5 zugeführt werden. Dabei wird, wie man sieht, die ausgewählte Probe über eine gemeinsame Leitung 7 dem Analysiergerät 5 zugeführt. Die zwischen der Probenauswahhorrichtung 6 und dem Analysiergerät 5 verlaufende Leitung 7 ist also allen Proben gemeinsam, so daß beim Umschalten von der vorangegangenen auf die nachfolgende Probe eine Verseuchung der nachfolgenden Probe nicht vermieden werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in der beschriebenen bekannten Anordnung keine Mittel vorgesehen sind, um vor der Zufuhr der nachfolgenden Probe die Reste der vorangegangenen zu entfernen. Dies hängt auch damit zusammen, daß die verschiedenen Proben Überdieselbe Leitung zugeführt werden.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch überwunden, daß eine Probenentnahmevorrichtung vorgesehen ist, die die Proben quantitativ

M) entnimmt und sie dem Analysiergerät 5 getrennt zuführt. Dabei besteht die Möglichkeit, eine Auswahl aus eine.· Anzahl von Proben zu treffen. Insbesondere sind die Leitungen 8, 9, 10 usw., über die die einzelnen Proben a, b, c usw. zugeführt werden, jeweils mit einem

<■>'< Probenentnahmeventil 13 ausgerüstet, das eine quantitative Entnahme durchführt, so daß eine unabhängige Arbeitsweise jedes Probenentnahmeventils möglich ist. Da eine gemeinsame Leitung 7 nicht mehr vorgesehen

ist, entfällt auch die Möglichkeit, daß die nachfolgenden Proben durch die vorangegangenen verseucht oder verunreinigt werden, wie es bei den herkömmlichen Probenauswahlvorrichtungen der Fall ist. Um bei den herkömmlichen Vorrichtungen die Verseuchungsgefahr auszuschalten, ist es erforderlich, das in einem gemeinsamen Leitungabschnitt vorhandene Fluid durch ein anderes vollständig zu ersetzen. Dies ist jedoch mit einem großen Zeitaufwand verbunden. Beim Erfindungsgegenstand ist die Zeitdauer, während der vor einer Probenumschaltung einer Probe in einer Leitung durch eine andere ersetzt wird, kürzer. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Leitung, über die eine Probe zugeführt wird, mit einem Trägergas (ein Fluid) gefüllt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die betreffende Leitung, unmittelbar nach dem Durchtritt der zu analysierenden Probe mit dem Trägergas angefüllt wird, das die Probe vollständig verdrängt.

Wenn man daher beispielsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Gaschromatografen verwendet, kann man eine große Anzahl verschiedenartiger Proben ohne Zeitverlust mit einem einzigen gaschromatografischen Analysegerät untersuchen, wobei man sehr genaue Analysenergebnisse mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit erhält.

Um den Unterschied der Probenentnahme nach der Erfindung gegenüber Geräten mit herkömmlicher Arbeitsweise herauszustellen, ist als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie es in der Fig.3 gezeigt ist, enthält ein herkömmlicher Gaschromatograf Leitungen, über die die einzelnen Proben zugeführt werden und die an die Auswahlvorrichtung 6 angeschlossen sind. Die Auswahlvorrichtung ist mit einem Probenentnahmeventil 13 verbunden, das ein Meßrohr 12 mit einem vorgegebenen Innenvolumen aufweist. Das Meßrohr wird mit einer zu untersuchenden Probe gefüllt und anschließend abgetrennt. Danach wird die Probe mit dem über eine Leitung 14 zugeführten Trägergas in eine Trennsäule 15 und von dort in eine Meßeinrichtung 16 getrieben. Bei dieser Anordnung werden die von der Auswahlvorrichtung 6 ausgewählten Proben über die gemeinsame Leitung 7 zugeführt, so daß die nachfolgende Probe von der vorangegangenen verunreinigt wird.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig.4 bis 6 näher erläutert.

In der Fig.4 ist nun eine Probenentnahmevorrichtung dargestellt, die beispielsweise dazu eingesetzt ist, einem Gaschromatografen Proben zuzuführen. Diese Probenentnahmevorrichtung verwendet anstelle der Probenauswahlvorrichtung 6 ein bekanntes Sechswegeventil als Probenentnahmeventil 13. Die zum Zuführen der Proben a,busw. dienenden Leitungen 8', 9' usw. sind in paralleler Anordnung jeweils mit einem Probenentnahmeventil 13,13' usw. verbunden. Das Probenentnahmeventil 13 ist über eine Leitung 14 mit dem Probenentnahmeventil 13' in Reihe geschallet. Über die Leitung 14 wird normalerweise das Trägergas zugeführt. Bei dem Probenentnahmeventil kann es sich um eine beliebige geeignete Art von Absperr- oder Stelleinrichtungen handeln, beispielsweise Schieberoder Membranventile. Bei dem in der F i g. 4 dargestell-

^r) ten Ausführungsbeispiel werden zwei verschiedene Proben a und b abwechselnd und aufeinanderfolgend dem Analysiergerät zugeführt. Bei der dargestellten Belriebsstellung wird die Probe a gerade in das Meßrohr 12 im Innern des Probenentnahmeventils 13

ίο geleitet. Die Probe b wird hingegen über die mit dem Meßrohr des Probenentnahmeventils 13' verbundenen Leitung 14 in der Trennsäule 15 und anschließend der Meßeinrichtung 16 zugeführt.

Zum Zuleiten der Probe a zu dem Gaschromatografen wird zunächst das Probenentnahmeventil 13' in die in der Fig.4 dargestellte Stellung des Probenentnahmeventils 13 gebracht und anschließend das Probenentnahmeventil 13 in die in der Fig.4 dargestellte Betriebsstellung des Probenentnahmeventils 13' umgeschaltet. Falls eine größere Anzahl, also mehr als zwei Proben untersucht werden sollen, werden alle Probenentnahmeventile, aie den einzelnen Proben zugeordnet sind, in die in der Fig.4 dargestellte Betriebsstellung des Probenentnahmeventils 13 geschaltet, und anschlie-

2^r) ßend lediglich dasjenige Probenentnahmeventil, dessen Probe als nächste analysiert werden soll, in die in der Fig.4 dargestellte Betriebsstellung des Probenentnahmevenlils 13' gebracht.

Wenn als Probenentnahmeventil ein Sechswegeventi verwendet wird, dann sind die erste öffnung 17 und die zweite Öffnung 18 mit der Leitung 14, die dritte öffnung 19 und die vierte Öffnung 20 mit den beiden Enden de« Meßrohrs 12, die fünfte öffnung 21 mit einem AuslaC und die sechste Öffnung 22 mit einer Leitung verbunden

J^r> über die die Probe zugeführt wird. In der Betriebsstellung, bei der die Probe nicht dem Gaschromalografer zugeführt wird, ist die erste öffnung 17 mit der zweiter öffnung 18, die dritte öffnung 19 mit der sechster Öffnung 22 und die vierte Öffnung 20 mit der fünfter

•Ό öffnung 21 verbunden, wie es in der Fig. 5 durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Bei der Betriebs stellung, die zum Zuführen der Probe zum Gaschroma tografen dient, ist die erste öffnung 17 mit der vierter öffnung 20, die zweite öffnung 18 mit der dritter

⁴'"> öffnung 19 und die sechste öffnung 22 mit der fünfter öffnung 21 verbunden, wie es durch die in der Fig.i unterbrochen eingezeichneten Linien dargestellt ist Zunächst wird also das Meßrohr mit dem zi analysierenden Gas gefüllt. Anschließend wird da:

^r>" Meßrohr abgetrennt. Danach wird mit dem Trägerga: die Probe in den Gaschromatografen geleitel. In dei Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eine; Sechswegeventils dargestellt. Bei diesem Ausführungs beispiel bilden die mit unterbrochenen Linien umgebe

'·"' nen Bereiche flache Ausnehmungen in der oberer Hälfte eines Vcnlilkörpers. In diesem Fall wird di< obere Hälfte um 60° gedreht, um das Ventil von de einen in die andere Belriebsstellung zu bringen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur wahlweisen dosierten Entnahme von Fluiden aus einer Vielzahl verschiedener Fluidproben, insbesondere für die Gaschromatografie, mit mehreren voneinander unabhängigen Leitungen, von denen jede zum Transport von einer der verschiedenen Fluidproben dient, und mit einer der Anzahl der verschiedenen Fluidproben entsprechenden Anzahl von umschaltbaren und mit mehreren Durchlaßöffnungen versehenen Probeentnahmeeinrichtungen, von denen jede mit einem Probeneinlaß und .einem Probenauslaß an jeweils eine der Probentransportleitungen angeschlossen ist und mit einer Probenentnahmeleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Probenentnahmeeinrichtung (13, 13') außer dem Probeneinlaß und dem Probenauslaß einen Einlaß und einen Auslaß für ein Trägerfluid sowie ein Meßrohr (12) aufweist, daß jede Probenentnahmeeinrichtung (13, 13') in eine erste Schaltstellung bringbar ist, in der zum einen der Probeneinlaß und der Meßrohreinlaß sowie der Meßrohrauslaß und der Probenaus-Jaß in Reihe geschaltet sind und zum anderen der Trägerfluideinlaß und der Trägerfluidauslaß direkt miteinander verbunden sind, und in eine zweite Schaltstellung bringbar ist, in der zum einen der Trägerfluideinlaß und der Meßrohreinlaß sowie der Meßrohrauslaß und der Trägerfluidauslaß in Reihe geschaltet sind und zum anderen der Probeneinlaß und der Probenauslaß direkt miteinander verbunden' sind, daß die Probenentnahmeeinrichtungen (13,13') über eine gemeinsame Trägerfluidleitung (14) in Reihe geschaltet sind, and daß jedes Meßrohr (12) wahlweise entweder in der ersten Schaltstellung in die zugeordnete Probenzufuhrleitung (8', 9') oder in der zweiten Schaltstellung in die gemeinsame Fluidleitung (14) einschaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßrohr (12) ein vorgegebenes Innenvolumen aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich eine Probenentnahmeeinrichtung (13') sich in der zweiten Schaltstellung befindet, während sich alle anderen (13) in der ersten Schaltstellung befinden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtungen (13, 13') Sechswegeventile sind.