DE2232270A1

DE2232270A1 - Verfahren zur bestimmung des feuchtigkeitgehalts in fliessfaehigen medien

Info

Publication number: DE2232270A1
Application number: DE2232270A
Authority: DE
Inventors: Italo A Capuano
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1972-06-09
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-12-13
Also published as: BE786926R; CA963091A; FR2188845A6; JPS4933692A; US3799846A

Description

OLIN GOIiPOIiATION, New Haven, Connecticut, V.St.A.

"Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien"
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 21 38 281.0)

Priorität: 9. Juni 1972, V.St.A., ITr.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien.

Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des- Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien sind bekannt. In der GB-PS 704- 552 werden zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts durch Leitfähigkeitsmessung Elektroden angewandt, die mit einem dünnen überzug eines schwer löslichen Salzes, wie Aluminiumfluorid, bedeckt
sind. Der Überzug absorbiert die Feuchtigkeit und verändert
seine Leitfähigkeit sowie den elektrischen Widerstand. Man vermeidet die Elektrolyse dadurch, daß man an die Elektroden
Wechselstrom legt. Der Stromfluß ist proportional der Menge des absorbierten V/assers. Die Empfindlichkeit dieser Vorrichtung
ist zu niedrig, um zufriedenzustellen, besonders wenn die Feuchtigkeit nur in ppm im fließfähigen Medium vorhanden ist.

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In der US-PS 2 830 945 v/ird eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts' in einem fließfähigen Medium beschrieben. Diese Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ist weiterhin in "Analytical Chemistry", Band 31 (1959), Seiten 2045 bis 2046 beschrieben. Das v/asserhalt ige fließfähige Medium v/ird hierbei über eine hygroskopische Substanz geleitet, welche die gesamte Feuchtigkeit absorbiert. Das fließfähige Medium v/ird beim Durchfluß durch die Vorrichtung getrocknet. Diese Vorrichtung enthält zwei voneinander getrennte Elektroden, die in elektrisch leitender Berührung mit der hygroskopischen Substanz stehen. An diesebeiden Elektroden wird ein elektrisches Potential gelegt. Dadurch wird das absorbierte V/asser elektrolytisch in V/asserstoff und Sauerstoff zerlegt und die hygroskopische Substanz regeneriert. Im vorgenannten Verfahren v/ird ein Elektrolysierelement mit einem Durchmesser von 1,27 nun und einer Länge von 60,9 cm (vgl. a.a.O., Seite 2044, linke Spalte und Fig. l) verwendet. Die Fläche des PpO^-Öberzugs errechnet sich nach 27Tr h, wobei r der Radius und h die Höhe des Zylinders ist. Hierbei ergibt sich ein Wert von 2 χ 3,14 χ 0,0635 cm χ 60,9 cm = 24,43 cm². Bei Anwendung einer Durchflußgeschwindigkeit von 100 ml/Minute in der

Durchflußgeschwindigkeit beschriebenen V/eise beträgt das Verhältnis der / zu

der Fläche des P₂O₅ 100/24,43 = 4,09 ml/Kinute/cra² P₂ ⁰S" ^Na°^h den Faraday-Gesetzen der Elektrolyse ist die Gesamtladungsmenge, die während der Elektrolyse zwischen den beiden Elektroden fließt, dor Gesamtmenge des absorbierten und zersetzten Wassers direkt proportional. Die Menge des bei der Elektrolyse zersetzten Wassers wird coulometrisch berechnet. Da bekannt ist, welches· Volumen des fließfähigen Mediums die Vorrichtung durchströmt , kann der prozentuale Wassergehalt bestimmt v/erden.

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Eine Einschränkung der beschriebenen und anderer coulometrischen Vorrichtungen ergibt sich daraus, daß das ihnen zugrunde liegende Prinzip die Absorption des gesamten Feuchtigkeitsgehaltes des fließfähigen Fediums durch die hygroskopische Substanz erforderlich macht. Vorrichtungen von vertretbarer Größe v/erden schon bei relativ geringen Feuchtigkeitsgehalten mit Feuchtigkeit gesättigt. Sie absorbieren dann nicht mehr die gesamte Feuchtigkeit aus dem fließfähigen Medium und messen somit nicht genau den wnhren Wassergehalt, vor allem dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist.

In der US-PS 3 ODl 918 wird eine verbesserte Vorrichtung beschrieben, mittels derer fließfähige Medien mit höherem Feuchtigkeitsgehalt analysiert werden können. Diese Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ist weiterhin in "Analytical Chemistry", Band 31 (1959), Seiten 2048 bis 2050 beschrieben. Gemäß dieser Vorrichtung trennt eine feuchtigkeitsdurchlässige Diffusionsbarriere das wasserhaltige fließfähige Medium von der hygroskopischen Substanz. Ein Teil der Feuchtigkeit diffundiert durch die Barriere und wird von der hygroskopischen Substanz absorbiert sobald sie die Diffusionsbarriere durchdringt. Das Maß der Feuchtigkeitsabsorption wird hauptsächlich durch den Stofftransport in der Diffusionsbarriere bestimmt und weniger durch die Absorptionskapazität der hygroskopischen Substanz. Die in der US-PS 3 001 918 beschriebene Vorrichtung ist kleiner als die in der US-PS 2 83O 94-5 beschriebene Vorrichtung für die gleiche Kapazität, da nur ein Teil des gesamten Feuchtigkeitsgehalts absorbiert wird. Zur generellen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien ist die Diffusionsbarriere nicht"

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erforderlich und unerwünscht.

Gemäß der Uo-Io 2 83O 9'Ί·5 ^u ß zur Bestimmung des Feuchtigkeit r:~ gehalts in dem fließfähigen Medium die gesamte feuchtigkeit von ■ der hygroskopischen Substanz absorbiert und quantitativ elektrolysiert v/erden. Die Kessung' erfolgt couloraetrisch und beruht auf dem Faraday-Gesetz, v;onach eine Ladungsmenge von 96 5OO Coulomb 1 Grammäquivalcnt einer Verbindung zersetzt. 1 Coulomb ist die Ladungsmenge, die bei einer Stromstärke von 1 A in 1 Sekunde transportiert wird. Bei der diskontinuierlichen Analyse muß sowohl die Elektroijcczcit als auch die Stromstärke gemessen v/erden. Bei der kontinuierlichen Analyse muß die Durchflußgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums genau gemessen und konstant gehalten werden.

In "Bedrijf en Techniek", Band 21 (1966),Seite 673 ist ein Llektrolyse-Hygroneter beschrieben, durch das pro Minute 2 bis 20 Liter Gas geleitet .werden.. Ein Teil des V/assers in dem Gas wird absorbiert und elektrolysiert bis ein stationärer Zustand zwischen dem absorbierten und elektrolysierten V/asser entsteht. Der Feuchtigkeitsgehalt des Gases wird durch den erforderlichen Strom gemessen. Die vorgenannte Literaturstelle enhält keine v/eiteren Einzelheiten bezüglich der Durchführung des Verfahrens.

Gegenstand dea IJauptpatentes (Patentanmeldung

P 21 38 281.0) ist ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien, bei dem ein luftfb'rmiger Strom des zu untersuchenden Mediums über einen i'ilm einer hygroskopischen Substanz geleitet wird, die selbst nicht elektrisch leitend ist und mit d.em fließfähigen Medium nicht reagiert, mit Wasser jedoch zu einer elektrisch leitenden Verbindung reagiert,

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die umgekehrt wieder in die Elemente des V/assers und in die hygroskopische ,Substanz elektrolytisch zersetzt v/erden kann, wobei der Film der hygroskopischen Substanz in elektrisch leitendem Kontakt mit chemisch inerten Elektroden steht, an die ein zur Wasserelektrolyse erforderliches Gleichstrompotential angelegt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Durchflußgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums auf einem Wert hält, der größer ist als der, bei dem alle Feuchtigkeit des untersuchten Mediums von der hygroskopischen Substanz absorbiert wird, und groß genug ist, damit bei Zunahme der Durchflußgeschwindigke'it .kein höherer Prozentsatz der Feuchtigkeit aus dem fließfähigen Medium absorbiert wird, und daß man arnperometrisch den dein Stromfluß direkt proportionalen Feuchtigkeitsgehalt des fließfähigen Mediums mißt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein verbessertes, einfaches, schnelles und genaues· Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien zu entwickeln, das im Gegensatz zu den coulometrischen Bestimmungen den Zeitfaktor bei der Elektrolyse eliminiert, indem ein. stationärer Zustand aufrechterhalten wird, und das auf dem Prinzip des Massentransports beruht. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien, bei dem ein. luftförmiger Strom des zu untersuchenden Mediums über einen Film einer hygroskopischen Substanz geleitet wird, die selbst nicht elektrisch leitend ist und mit dem fließfähigen Medium nicht reagiert, mit Wasser jedoch zu einer elektrisch leitenden Verbindung reagiert, die umgekehrt wieder in die Elemente des

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V/assers und in die hyGroskopinche .-jiibstans elektrolytisch zersetzt v/erden kann, wobei der Film der hygroskopischen oubsttinz in elektrisch leitenden Kontakt mit chemisch inerten Elektroden steht, an die ein zur Wasserelektrolyse erforderliches Gleichstrompotential angelegt wird, wobei die Durchflußgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums auf einem l/ert gehalten wird, der größer ist als der, bei dem alle Feuchtigkeit des untersuchten Mediums von der hygroskopischen Substanz absorbiert wird, und groß genug ist, damit bei Zunahme der Durchflußgeschv/indigkeit kein höherer Prozentsatz der' Feuchtigkeit aus dem fließfähigen ^ Medium absorbiert v/ira, und v/obei amperometrisch der dem Stromfluß direkt proportionale Feuchtigkeitsgehalt des- fließfähigen

Mediums gemessen wird, nach Patent (Patentanmeldung

P21 38 281.0), das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verhältnis der Durchflußgeschv/indigkeit des fließfähigen Mediums in

2 ml/Minute zu der Flache der hygroskopischen Substanz in cm , die dem fließfähigen Medium ausgesetzt ist, den Wert von 250:1 übersteigt .

Solange der Feuchtigkeitsgehalt im fließfähigen Medium konstant bleibt, bleibt auch die zur Messung benötigte Zeit konstant und braucht nicht berücksichtigt zu werden. Der Feuchtigkeitsgehalt

im fließfähigen Medium v/ird dann proportional zur Stärke des fließenden
/"Stroms. Wenn sich der Feuchtigkeitsgehalt des fließfähigen

Mediums" ändert, v/ird rasch ein neuer stationärer Zustand erfließenden
reicht, und die Stärke des / Stroms ist wiederum ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt des fließfähigen Mediums. Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Gegensatz zu den coulometrischen Verfahren im wesentlichen ein amperometrysehes Verfahren.

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Mittels des erfindun^sgomäßen Verfahrens gelingt es, sämtliche Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und die Bestimmung einfacher, rascher, direkter und genaiaer als bisher möglich durchzuführen.

Es wurde nachgewiesen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verhältnis von über 250:1

.(1) nur ein geringer Teil der Feuchtigkeit im fließfähigen Medium absorbiert wird,

(2) höhere Verhältnisse den"Prozentsatz der aus den Gas cntfsriiten Feuchtigkeit nicht wesentlich ändo""i" und

(3) bei Verhältnissen über dem vorgenannten Wert selbst bei einer Änderung des Verhältnisses dieselben Analysenergebnisse erhalten werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist daher im Gegensatz zu den bekannten Verfahren keine genaue Kontrolle der Durchfliißgeschwindigkeit erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich daher, verglichen mit den bekannten Verfahren, genauer und schneller durchführen und erfordert eine einfachere und billigere Vorrichtung.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist der Feuchtigkeitstransport aus dem fließfähigen Medium zu der zwisehen.den Elektroden befindlichen hygroskopischen Substanz diffusionskontrolliert. Die Triebkraft ist praktisch propo3?tional zu den sich ändernden Feuchtigkeitskonzentrationen. Es stellt sich rasch ein stationärer Zustand ein, und der Elektrolysestrom wird amperometrysch gemessen. Dieser V/ert des stationären Zustandes wird durch einen Anstieg des vorgenannten Verhältnisses nicht beeinflußt. Er spricht jedoch schnell auf Änderungen im Feuchtigkeitsgehalt an

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und ist dann erneut ein Maß für den veränderten Feuchtigkeitsgc;-halt des fließfähigen Mediums.

Die Abbildungen erläutern Ergebnisse, die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden. Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt die im Beispiel 1 erhaltenen Ergebnisse. Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm beruht auf denselben Daten und zeigt, daß der Feuchtigkeitsgehalt und die Mikroamperemeter-Ablesungen einander direkt proportional sind. Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt die Ergebnisse des Beispiels 2.

Jeder Punkt in Fig. 1 entspricht der Ablesung am Mikroamperemeter bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten für verschiedene Feuchtigkeitsgehalte von Chlorgas, gemessen in einer Zelle

mit einer wirksamen Flache von P₀Oc von 7,58 cm . Die einzelnen

d y

2 Kurven zeigen, daß bei Verhaltnissen unter 250 ml/Minute/cm PoOt- die Ablesung am I-Iikroampereneter kein zuverlässiges Maß für den Feuchtigkeitsgehalt ist, solange die Strömungsgeschwindigkeit nicht absolut konstant gehalten wird. Dies ist der Grund dafür, daß bei coulometrischen Verfahren die gesamte Feuchtigkeit in einer bekannten Probemenge absorbiert v/erden muß. Bei Verhaltnissen von mindestens 250 ml/Minute/cm stellt sich jedoch rasch ein stationärer Zustand ein und die Kurven flachen ab. Höhere Verhältnisse ergeben keine größere Mikroamperemeter-Ablesung. Das System befindet sich dann in einem stationären Zustand. Für jeden Feuchtigkeitsgehalt v/ird der im stationären Zustand vorliegende Mikroamperemeter-Wert durch eine unterbrochene horizontale Linie extrapoliert, die vom horizontalen Teil der Kurve zur Ordinate verläuft. In Tabelle I sind Beispiele für im stationären Zustand vorliegende Mikroampere-

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meter-'.verte aufgeführt.

Tabelle I

Stromablesunnen und Wassergehalt im stationären Zustand

Mikroampere	HpO, ppm
800 2800 4800 -8900	20 50 88 190

Diese Ergebnisse sind in, Fig. 1 graphisch dargestellt.

Die Daten der Fig. 1 werden, wie in Beispiel 1 beschrieben, unter Verwendung einer P^O^-Oberflache in Form eines 2,5^ cm langen Zylinders· mit einem Durchmesser von 0,95 cm erhalten. Die PoOt--Oberf lache errechnet sich nach 2Tr h, wobei r der Radius und h die Länge oder Höhe des- Zylinders ist, und beträgt 7,58 cm . Die Verhältnisse der in ^±rig. 1 dargestellten verschiedenen Durchflußgeschwindigkeiten zu der Fläche von Po^5 sind in Tabelle II zusammengestellt.

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ίο -

Tabelle II

Verhältnisse der Durchflußgeschwindigkeiten zur Flache von

Durchflußgeschwindigkeit, ml/Minute	Verhältnis, ρ ml/Minute/cm Pp⁰S
25OO	330
2000	264-
I5OO	198
1000	132 ·
500	66
100	13,2 . —__*.

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 2000ml/Minute ein Verhältnis von 264:1 erhalten wird. Das aus der US-PS 2 83O 94-5 bzw. aus "Analytical Chemistry", Band 31 (1959), Seiten 204-3 bis 204-8 bekannte Verfahren arbeitet im Gegensatz hierzu bei einem Verhältnis von 4-,O9il. Daraus folgt, daß das bekannte Verfahren entlang der Ordinate von Fig. I arbeitet und daß bei dem vorgenannten niedrigen Verhältnis die Durchflußgeschwindigkeit konstant gehalten und das gesamte Wasser absorbiert und elektrolysiert werden muß, um aussagekräftige Analysenergebnisse zu erhalten. Wie bereits erwähnt, zeigt die Tabelle II, daß eine Durchflußgeschv/indigkeit von 2000 ml/Minute in der verv/endeten Vorrichtung einem Ver- hältnis von 264- ml/Minute/cm , bezogen auf die dem fließfähigen Medium ausgesetzte Oberfläche der hygroskopischen Substanz, entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher durch ein sol ches Verhältnis von etwa 250:1oder höher gekennzeichnet. Hierbei

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v;ird der erwünschte stationäre. Zustand erreicht, und es v/erden sehr genaue Analysenergebnisse erhalten.

Die Tabelle III zeigt, daß bei Verhältnissen unterhalb von"etv/a 250:1 beträchtliche Mengen des mit dem fließfähigen Medium züge führten Wassers aus dem fließfähigen Medium entfernt v/erden, während dies bei Verhältnissen über dem vorgenannten Wert nicht der Fall ist. Die Tabelle III zeigt die nach der Analyse im fließfähigen· Medium zurückbleibenden l/asseranteile, und es ist ersichtlich, daß bei Verhältnissen über 250:1 nur v.'enig Wasser aus dem zu analysierenden fließfähigen Medivr: entfernt wird.

	Tabelle	111	inen	Verhältnis	ältnis, 132	,59	V/asser (όόίπ) bei ver-	,02	e/cm 264	330	,39
Im ■'fließfähigen;·				18	,76	sen	,81	19,19	19	,96
		66	Ver-li	45	,94		,60	47,45	47	,59
	Medium' zurückbleibendes	17	,94	80	,69		,00	83,74-	84	,76
HpO-/.nt"eil im fließfähigen Medium, ppm		44	,13	176			182,23	183
20		76	,92
50		169	,14
88 .
190
		ml/Mimit 198
schiede	19
	46
13,2	82
15,11	180
35,33
61,92
141,11

In Tabelle IV v/erden die in Tabelle III angegebenen /vierte in Prozent, bezogen auf das im fließfähigen Medium vor der Analyse enthaltene VJasser, angegeben.

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-12 Tabelle Γ/
Im fließfähigen i-iediim zurückbleibendes Wasser, Prozent

HpO-Anteil im fließfähigen Medium, ppm	13,2	Verhi 66	iltnis, r 132	nl/Minute 198	ο ί/cm 264	330
20	75,6	89,7	92,9	95,1	95,9	97,0
50	70,7	88,3	91,6	93,6	95,0	95,9
88	70,4	87,4	92,0	93,9	95,2	96,1
190	7'i,^	89,0	93,0	94,7	95,9	96,7 "

Die Werte der Tabelle IV zeigen, daß bei Verhältnissen über 250:1 kein ins Gewicht fallender Anstieg der aus dem fließfähigen Medium entfernten Wassermenge eintritt und daß ein ausreichender stationärer Zustand erreicht ist. Höhere Verhältnisse ergeben keine wesentlich verschiedenen Analysenergebnisse. Im Gegensatz hierzu bewirken bei Verhältnissen unter 250:1 Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit beträchtliche Änderungen der absorbierten Wassermenge. Da in diesem Bereich die Absorption für eine bestimmte Konzentration nicht unabhängig von.der Durchflußgeschwindigkeit ist, können keine aussagekräftigen Anälysenergebnisse erhalten v/erden, wenn die Durchflußgeschwindigkeit nicht konstant gehalten wird.

Fig. 2 baut auf Fig. 1 auf und zeigt die streng proportionale Beziehung ζ v/i sehen der im stationären Zustand erhaltenen Mikroamperemeter-Ablesung und dem Feuchtigkeitsgehalt. Fig. 2 kann daher als Diagramm zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts dienen, wenn die Mikroamperemeter-Ablesung bekannt ist. Aufgrund

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dieser strengen Proportionalität kann man das Mikroamperemeter auf der Basis der im stationären Zustand erhaltenen Mikroamperemeter-VJerte bei konstantem Wassergehalt so eichen, daß der Wassergehalt des fließfähigen Mediums direkt in ppm abgelesen werden kann.

Da im erfindungsgemäßen Verfahren die Absorption der gesamten Feuchtigkeit in einer Probe des- fließfähigen Mediums nicht erforderlich ist, sind sehr viel kleinere Elektroden als bei den coulometrischen Verfahren ausreichend. Die im erfindungsgemäßen Verfahren verv/endct -.1 Elektroden sind ähnlich gebaut wie die in den bekannten Verfahren eingesetzten Elektroden, mit der Ausnahme, daß erstere viel kleiner sind. Zur Herstellung einer Elektrode eines Elektrodenpaares sind erfindungsgemäß z.B. 50,8 cm feiner Platindraht ausreichend. Dagegen verwendet Taylor, "Refrigerating Engineering", Band 64 (1956), Seiten 41 bis 47 und Seite 87 einen 83,82 cm hohen Zylinder von 0,5 mm Durchmesser aus Windungen von 0,127 mm starkem Platindraht, die 0,127 mm auseinander liegen. Insgesamt sind somit 10,54 m Platindraht von 0,12? mm Stärke oder 4 g Platin erforderlich. Bei einem Preis von 140 US-Dollar pro 3I₁I g hat diese Elektrode einen Metallwert von 18 US-Dollar. Eine erfindungsgemäß einsetzbare Elektrode, die aus 101,6 cm Platindraht von 0,254 mm Stärke hergestellt ist,.hat dagegen einen Platinwert von nur etwa 5 US-Dollar.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Platinelek troden verwendetί es können jedoch auch andere Metalle der Platingruppe oder deren Legierungen als Elektrodenmaterial eingesetzt werden.

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Als dielektrisches ^ Material für den Wickelstab' wird vorzugsweise Polyäthylen verv/endet. In den Stab wird ein 1,6 ram Doppel-.gewinde geschnitten, in dessen Rillen zwei 0,254 nun starke Platindrähte aufgewickelt werden, die 0,8 mm Abstand voneinander haben. Ein geeigneter Stab hat einen Durchmesser von 9»525 mm und ist 25,4 mm lang. Verbindungskontakte aus korrosionsbeständigem Stahl führen durch einen Polyäthylen-Zapfen, in den ein Gewinde geschnitten ist, das in die Gewindebohrung eines Polyäthylen-Blockes paßt. Der St-ab sitzt im Zentrum der Blockbohrung. Der Abstand der Elektroden von der Bohrungswand ist groß und beträgt z.B. 2 mm, da keine vollständige Feuchtigkeitsabsorption erforderlich ist. In den Block v/erden seitlich Ein- und Auslaßöffnungen gebohrt, die knapp oberhalb und unterhalb der Enden der Platinelektroden münden. Durch die kleinere Länge der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Elektroden wird das Problem der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff in der Zelle vermieden, das bei anderen Verfahren auftritt.

Polyäthylen wird als dielektrisches Material für den Wickelstab bevorzugt, da es ein wirksamer Isolator ist und durch v/äßrige Phosphorsäure gut benetzt wird. Andere Kunststoffe, z.B. Polyvinylchlorid, Polyraethylmethacrylat und Polystyrol, sind ebenfalls geeignet.

Das Gehäuse wird vorzugsweise aus denselben Kunststoffen hergestellt. Es¹ ist von Vorteil, den Zellenblock aus transparentem Material herzustellen, da dann die Elektroden sofort visuell untersucht werden können. Derartige Kunststoffe sind, insbeson dere zur Herstellung des Elektroden-Wickelstabes, Glas vorzuziehen, obwohl auch Glas verwendet werden kann. Speziell Poly-

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äthylen hat, wie auch die anderen Kunststoffe, eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Glas. Dadurch wird vorteilhaft das Trocknen des· Phosphorsäurefilms gefördert, der sich anfänglich auf den Elektroden bildet. Der Stromfluß durch den Kunststoff beschleunigt die Elektrolyse des während der Analyse absorbierten Wassers.

Die Einlaßleitungen für das fließfähige Medium v/erden mit geeigneten Ventilen, Druckregulatoren und Filtern versehen. Die Filter sind normalerweise nicht notwendig und dienen lediglich als Sicherungen. I^ jr erfindungsgemäßen Verfahren keine völlige Absorption der Feuchtigkeit im fließfähigen Medium erforderlich ist, sind die lichten Weiten im allgemeinen groß. Das-erfindungsgemäße Verfahren ist daher nicht _t anfällig gegen Verstopfung durch Staub, Schmutz, Rost und andere feste Teilchen, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist, bei denen eine völlige Absorption der Feuchtigkeit erforderlich ist. Bei diesen Verfahren muß durch enge Abstände verhindert werden, daß Feuchtigkeit vorbei strömt und nicht absorbiert wird.

Als hygroskopische Materialien werden im erfindungsgemäßen Verfahren Substanzen eingesetzt, die im trockenen Zustand nicht leitend, im feuchten Zustand dagegen leitend sind. Spezielle Beispiele sind Phosphorpentoxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumhydroxid, Kaliummetaphosphat und Kieselsäure. Die hygroskopische Substanz wird so ausgewählt, daß sie mit den Komponenten des zu analysierenden fließfähigen Mediums_ymit der Ausnahme von Wasser,nicht reagiert. Phosphorpentoxid ist vorzüglich geeignet für saure und neutrale Gasströme, v/ie Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Chlor, Chlorwasserstoff,

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Kohlendioxid, Phosgen, aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe,einschließlich Äthan und Butan, sowie balogensubstituierte aliphatische. Kohlenwasserstoffe, wie A'thylchlorid und chlorierte, und fluorierte Kohlenwasserstoffe, z.B. Dichlordifluormethan. Flüssigkeiten werden in dampfförmigem Zustand analysiert.

Die Ätzalkalien sind als hygroskopische Substanzen speziell zur.^ Feuchtigkeitsanalyse von Ammoniak, Hydrazin, Methylamin und an-_; ■ ■· deren Basen geeignet.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiell

In einen Polyäthylen-Stab von 9?525 mm Durchmesser und 25»4- mm Lange wird ein 1,6 mm Doppelgewinde gefräst, in dessen Rillen zwei 0,254- mm starke Platindrähte aufgewickelt werden, die

0,8 mm Abstand voneinander haben. Die beiden Elektroden werden mit Kontakten aus korrosionsbeständigem Stahl verbunden, die durch eine Kappe führen. In die Kappe v/ird ein Gewinde gefräst, das in die Gewindebohrung eines Polyäthylen-Blocks paßt. Der Abstand zwischen dem Stab und der Bohrung beträgt 2 mm. Der

Querschnitt betragt 0,65 cm . In den Block werden Eingangs- und Ausgangsleitungen aus korrosionsbeständigem Stahl knapp oberhalb und unterhalb der Enden der Platinelektroden eingelassen.

Die Zelle wird betriebsfähig gemacht, indem die Elektroden in eine 12,75prozentige wäßrige Phosphorsäurelösung getaucht v/erden. Diese. Lösung v/ird durch Vermischen von 15 ml reiner 85prozentiger Phosphorsäure und 85 ml destilliertem V/asser hergestellt. Die überschüssige Flüssigkeit v/ird abtropfen gelassen, und die Elektrode wird unter einer Heizlampe getrocknet, um die

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llauptmenge dec V/assers zu verdampfen, ilachdem die Elektrode im Zellenblock montiert ist, wird trockener Stickstoff durch die Zelle geleitet und eine Gleichspannung von 75> Volt an die Elektroden angelegt. V/enn die Strornanzeige des Mikroamperemeters auf KuIl fällt, ist die Zelle betriebsfähig. Die vorgenannten Maßnahmen v/erden im wesentlichen von Taylor, a.a.O., beschrieben. Das Mikroamperemeter im 75-Volt-Gleichstromkreis ist so geeicht, daß.der Feuchtigkeitsgehalt des fließfähigen Mediums direkt abgelesen werden kann. An das Mikroarnperemeter ist ein Schreiber angeschlossen.

über ein Schieberventil, ein Reduzierventil, ein Manometer und ein Filter wird Chlorgas in die Einlaßleitung der Elektrolysezelle strömen gelassen. Das ausströmende Gas wird durch einen Durchflußmesser abgezogen. Da die Messungen temperaturabhängig sind, v/erden die Zelle und die Druckregulatoren in einer thermostatisierten Klimakammer, in der die Luft umgewälzt wird, bei einer geeigneten Temperatur, z.B.bei 40⁰C, gehalten. Durch die Zelle werden Chlorgasproben mit verschiedenem Feuchtigkeitsgehalt bei Strömungsgeschwindigkeiten von 100 bis 2500 ml/Minute geleitet. Dabei werden die in Fig. 1 dargestellten Ergebnisse erhalten. Die Fig. 2 geht, v/ie vorstehend beschrieben, aus der Fig. 1 hervor und setzt die Mikroamperemeter-Ablesungen in Beziehung zum Wassergehalt des Gases in ppm.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung dient zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes zweier Chlorgasproben, die 159 bzw. 20,8 ppm Wasser enthalten. Die Strömungsgeschwindigkeit des:

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Gases durch das »System wird bei 2000 ml/Hinute gehalten. Die beiden Chlorzuführungen v/erden abwechselnd für Je 20 Minuten mit der Elektrolysezelle verbunden. Das Mikroamperemeter zeigt konstant 1000 bzw. 8000 Mikroampere für die beiden Proben an, wobei nach jedem Probenwechsel et v/a 1 Minute vergeht bis sich die neue Anzeige einpendelt. Dies beweist die gute Reproduzierbarkeit und schnelle Ansprechbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die.Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

Beispiel 3

Es wird ein Analysegerät konstruiert, das für den technischen Einsatz geeignet ist. Es besteht aus je zwei parallelen Einlaß- und Auslaßleitungen, Regulatoren, .Filtern und Zellen. Ein System steht für die Analyse zur Verfügung, während die andere Zelle mit der hygroskopischen Substanz neu beschichtet wird. Die nicht benutzte Zelle wird in gebrauchsfähigem Zustand gehalten, indem man trockenen Stickstoff durchleitet und an die Elektroden das Zersetzungs-Gleichstrompotential von 75 Volt anlegt. Auf diese Weise werden Ausfallzeiten des Instruments vermieden.

Es wird technisches Chlorgas untersucht, das über einen Probehahn aus einer Hochdruckleitung entnommen wird. Das Auslaßgas wird in eine Miederdruckleitung geleitet. Der Feuchtigkeitsgehalt des technischen Chlorgases wird über eine längere Zeitspanne kontinuierlich verfolgt. In Tabelle V sind die Ergebnisse eines typischen V/ochenablaufs zusammengestellt.

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Tabelle V

Datum	Feuchtigkeitsgehalt, ppm	Maximum
	Minimum	7
13.	4 .	6
14		9
15 "	4	7
16	4	6
17	3

Beispiel "4

Die Vorrichtung aus Beispiel 3 wird an eine technisches Kohlenrührende
dioxid/Leitung angeschlossen. Die Analyse wird v/ie in Beispiel 3 beschrieben durchgeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt des technischen Kohlendioxids wird über eine längere Zeitspanne kontinuierlich verfolgt. Es werden ähnliche Ergebnisse wie in Tabelle V erhalten.

Beispiel 5

Die Vorrichtung aus Beispiel 3 wird an eine Leitung angeschlos-♦ sen, die technisches und fast wasserfreies Chlorwasserstoffgas enthält. Das Verfahren wird wie in Beispiel 3 beschrieben durchgeführt." Es werden ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 3 erhalten.

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Beispiel 6

Die Vorrichtung; aus Beispiel 3 uird an eine Leibung an^eochlou* sen, die technisches Butan (C₇ H, ,.-Gemisch) enthält. "Das Verfahren v/ird v;ie in Beispiel 3 beschrieben durchseführt, ^s v/erden ähnliche Ergebnisse v/ie in Beispiel 3 erhalten.

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Claims

Patentansprüche

©Verfahren zur Bestimmung dos Feuchtigkeitsgehalts in fließfähigen Medien, bei dem ein luftförniger Strom des zu untersuchenden -Mediums über einen Film einer hygroskopischen Substanz geleitet v;ird, die selbst nicht elektrisch leitend ist und mit dem fließfähigen wedium nicht reagiert, mit Vasser jedoch zu einer elektrisch leitenden Verbindung reagiert, die umgekehrt wieder in die Elemente des Wassers und in die hygroskopische Substanz elektrolytisch zersetzt v/erden kann, wobei der' Film der hygroskopischen Substanz in elektrisch leitendem Kontakt mit chemisch inerten Elektroden steht, an die ein zur Wasserelektrolyse erforderliches Gleichstrompotential angelegt wird, wobei die Durchflußgeschwindigkeit dos fließfähigen Mediums auf einem Wert gehalten wird, der größer ist als der, bei dem alle Feuchtigkeit des untersuchten Mediums von der hygroskopischen Substanz absorbiert wird, und groß genug ist, damit bei Zunahme der Durchflußgeschwindigkeit kein höherer Prozentsatz der Feuchtigkeit aus dem fließfähigen Medium absorbiert wird, und wobei amperometrisch der dem Stromfluß direkt proportionale Feuchtigkeitsgehalt des fließfähigen Mediums gemessen v/ird, nach

Patent (Patentanmeldung P 21 38 281.0)

dadurch gekennzeichnet, daß das-Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums in ml/Minute zu der Fläche der hygroskopischen Substanz in cm , die dem fließfähigen Medium ausgesetzt ist, den Wert von 250:1' übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

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BAD ORJGINAL

aus einem Metall der Platingruppe bestehende Elektroden einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Platinelektroden einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als hygroskopische Substanz Phosphorpentoxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliurnraetaphosphat

• oder Kieselsäure einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als fließfähiges Medium Luft, Stickstoff, Sauerstoff,
Wasserstoff, Chlor, Chlorv/asserstoff, Phosgen, Kohlendioxid, einen aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einen halogensubstituierten aliphatischen Kohlenwasserstoff einsetzt·.

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