DE2820444C2 - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung des Fremdgas- bzw. -dampfgehaltes in einem Gasgemisch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Fremdgas- bzw. -dampfgehaltes in einem Gasgemisch sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Die Erfindung eignet sich besonders für die Untersuchung von Stoffzusammensetzungen und Stoffeigenschaften in der Chemie und Erdölchemie, da Explosionssicherheit und Korrosionswiderstand in aggressiven Medien gesichert sind.

Es sind Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Fremdgas- bzw. -dampfgehaltes in einem Gasgemisch bekannt, die darauf beruhen, daß ein laminarer Gasstrahl durch das Einführen eines Fremdgases verwirbelt wird. Um in einem Gasgemisch ein Fremdgas quantitativ bestimmen zu können, bildet man z. B. in einem Gasstrahl ein Gasgemisch und registriert anschließend die Gesamtdruckhöhe dieses Strahles.

Dieses Verfahren ist jedoch gegenüber Änderungen des Fremdgasgehaltes des Gasgemisches nicht empfindlich genug.

Es sind Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Fremdgas- bzw. -dampfgehaltes in einem binären Gasgemisch bekannt, die auf der Messung der r Gesamtdruckhöhe, deren Wert von aerodynamischen -Reibungsverlusten beim laminaren Strömungszustand des Gasstrahles abhängt, beruhen. Nach einem solchen Verfahren wird dort gemessen, wo eine hohe Meßgenauigkeit nicht vonnöten ist, was z. B. bei der Ammoniaksythese mit Wasserstoffgehalten des Stickstoffes von 50 bis 80 VoI.-% der Fall ist

Ein anderes bekanntes Verfahren beruht auf der Änderung der Druckverluste des Gasstrahles, die sich beim Übergang vom laminaren in den turbulenten Strömungszustand einstellt. Ein solches Verfahren wird bei den Meßgeräten angewendet, die erhöhten Empfindlichkeitsansprüchen gerecht werden müssen, z. B. bei Meßgeräten, die die Anwesenheit von Erdöldämpfen in der Luft mit einem Gehalt von 0,3 bis 0,5 Vol.-°/c melden.

Aus der SU-PS 3 32 453 ist ein pneumatischer Signalgeber bekannt, der Meßgas- und Eichgaszuleitungen, einen als eine Speisekapillare und ein Aufnehmerrohr ausgeführten Meßfühler, wobei die Speisekapillare und das Aufnehmerrohr in einem gemeinsamen

ίο Gehäuse, dessen innerer Hohlraum mit einer Durchsaugvorrichtung in Verbindung steht, gleichachsig angeordnet sind, ein Bezugselement, von welchem ein Eingang mit dem Ausgang des Meßfühlers verbunden ist, einen Schwingungsgenerator, ein Drossel-Kapazität-Glied, einen Leistungsverstärker und einen Ausgangskanal umfaßt. Dieser Signalgeber unterscheidet sich von den bekannten durch Umschalter am Meßfühiereingang und am Bezugselementausgang, wobei zwei Eingänge des ersten Umschalters mit je einer Meßgas- bzw. Eichgaszuleitung verbunden sind, [der erste Ausgang des zweiten Umschalters über den

'i ^Leistungsverstärker mit dem Ausgangskanal des Signaligebers und der zweite Ausgang über das Drossel-Kapazität-Gl'ied mit dem Bezugselementeingang verbunden ist. Das Drossel-Kapazität-Glied hat eine Trennmembran, mit deren Steuerhohlraum der mit den Steuereingängen der beiden Umschalter verbundene Generatorausgang gekoppelt ist.

Der betreffende pneumatische Signalgeber weist eine Vielzahl von Bauelementen auf, v/odurch der Aufbau des Gerätes kompliziert und seine Betriebssicherheit gering ist. Die Schaltungen des Gerätes sind kompliziert und im wesentlichen dazu geeignet, die Betriebskennwerte der Meßfühler bei eventueller Änderung der Umgebungstemperatur oder des Speiseluftdruckes aufrechtzuerhalten.

Aus der SU-PS 3 95 723 ist ein pneumatischer Gasanalysetor-Signalgeber bekannt, der einen Strahlmeßfühler, dessen Eingang über den ersten Umschalter mit Meßgas- und Eichgaszuleitungen verbunden ist, ein Bezugselement, von welchem ein Eingang an den Meßfühlerausgang angeschlossen ist, und einen mit zwei Umschaltern verbundenen Taktsignalgenerator umfaßt. Der Signalgeber hat ein Dämpfungsglied und einen Drosselteiler, wobei der Eingang und der Ausgang des Drosselteilers entsprechend mit dem Strahlsaugereingang und mit dem zweiten Bezugselementeingang, dessen Ausgang über den zweiten Umschalter mit dem Ausgangskanal der Vorrichtung und über das Dämpfungsglied mit dem Steuerkanal des Strahlsaugers gekoppelt ist, in Verbindung stehen.

Dieser Gasanalysator-Signalgeber hat einen einfacheren Aufbau als der in der SU-PS 3 32 453 beschriebene, steht ihm aber hinsichtlich der Meßempfindlichkeit beträchtlich nach.

In den meisten der bekannten Meßgeräte ist eine komplizierte Schaltung mit vielen Membranelem'enten eingesetzt, die die Betriebssicherheit der Meßgeräte stark reduzieren und ihre Anfertigung und Reparatur erschweren.

Mit der Weiterentwicklung der chemischen Industrie werden immer höhere Anforderungen an die Empfindlichkeit der Meßverfahren und -gerate gestellt, mit denen Fremdgase in den Gasgemischen gemessen werden.

So führt die Feuchte bei technologischen Prozessen mit chlorhaltigen Stoffen zu einer frühzeitigen Korrosion der Anordnungen, zur Zerstörung von Katalysato-

ren und zu einer schlechten Produktqualität.

Die bekannten Meßverfahren, die auf dem laminaren Strömungszustand eines Gasgemischstrahles oder auf einem Übergangszustand von der laminaren in die turbulente Strömung beruhen, genügen den Ansprüchen der modernen Technologie nicht mehr.

Die Bestimmung eines Fremdgases in Einern Gasgemisch wird dadurch stark erschwert, daß keine einfach gebauten und betriebssicheren Meßgeräte zur Durchführung der erwähnten Verfahren zur Verfügung stehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Fremdgasgehaltes in einem Gasgemisch und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit denen die Meßempfindlichkeit gegenüber Änderungen des Fremdgasgehaltes des Gasgemisches erhöht und die Messung mit konstruktiv einfachen Mitteln und betriebssicher durchgeführt werden kann.

D-ese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und vorrich'.ungsgmä-

- Big durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.

Kommt die Meßkomponente (Fremdgas, Wasser-, Alkoholdämpfe usw.) in das Meßgas, so verliert der Verdichtungsstoß des bis dahin fremdgasfreien Meßgases seine Ortsstabilität und wandert stromabwärts zum Austrittsquerschnitt dei Lavaldüse. Wenn der Verdichtungsstoß in die Lavaldüsenöffnung gelangt, wo die Stirnseite einer Aufncltmerdüse angeordnet werden kann, erhöht er die Druckhöhe stark, wobei dieser Wert von der Intensität des Verdichtungsstoßes in diesem Querschnitt abhängt. Dieser Druckhöhenanstieg wird von der Aufnehmerdüse als Ausgangssignal der Meßvorrichtung aufgenommen.

Der Druckhöhenwert hinter dem Verdichtungsstoß (ein Parameter, der auf die Signalstärke Einfluß hat) hängt von der Intensität des Verdichtungsstoßes ab, weiche von der Geschwindigkeit eines wirbelfreien

- Gasstromes bestimmt wird, wobei diese Geschwindigkeit in entscheidender Weise vom Gehalt der zu messenden Komponenten beeinflußt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch geringe Fremdgas- bzw. -dampfgehalte noch sehr genau gemessen werden können.

Die Aufnehmerdüse spielt außerdem die Rolle eines Hindernisses iuf dem Wege des Überschallgasgemischstrahles und begünstigt das Entstehen eines Verdichtungsstoßes. Durch den an die Arbeitsdüse des Strahlsaugers angeschlossenen Druckregler kann man den Verdichtungsstoß in der Lavaldüse in einem Zustand bekommen, in dem die örtliche Stabilität gerade verloren geht

Der Meßprozeß ist unempfindlich gegen eine Änderung der Umgebungstemperatur zwischen 10 bis 35⁰C.

Dies liegt daran, daß der temperaturbedingte Ortsveränderungswert des VerdichtungsstoOes klein ist und die Stoßfront die Aufnehmerdüsenstirnseite nicht erreicht und dementsprechend in der Aufnehmerdüse keine Druckänderung eintritt.

Anhand der Zeichnung, in der schematis eine

ίο Vorrichtung zur quantitativen Bestimmurg des rremd· gas- bzw. -dampfgehaltes in einem Gasgemisch dargestellt ist, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher °rläutert.

Die Vorrichtung hat ein Meßfühlergehäuse 1, an dessen gegenüberliegenden Wänden eine als Lavaldüse ausgeführte Speisedüse 2 und eine Aufnehmerdüse 3 befestigt und gleichachsig angeordnet sind.

Die Aufnehmerdüse 3 ist mit einem Unterdruckmesser 4 verbunden. Der Hohlraum des Meßfühlergehäuses , 1 steht mit dem Hohlraum des Strahlsaugergehäuses 5 :.·, J in Verbindung, an dessen gegenüberliegenden Wänden feine Arbeitsdüse 6 und eine Mischkammer 7 mit einem "i Düsen verdichter 8 befestigt und gleichachsig angeordinet sind, während ein Druckregler 9 an die Arbeitsdüse 6 des Strahlsaugers angeschlossen ist. Am Eingang der [Speisedüse 2 ist ein Stabilisierungsrohr 10 zur ;StrömungsstabiIisierung angeordnet, welches an seinem Eingang mit einem Filter 11 versehen ist. Um die ■Druckluft dem Druckregler 9 zuzuführen, ist eine Speisedüse 12 vorgesehen.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Durch das Speiserohr 12 wird über den Druckregler 9 die Druckluft der Arbeitsdüse 6 des Strahlsaugers zugeleitet. Das zu untersuchende Gasgemisch wird mit Hilfe des Strahlsaugers durch das Filter 11 und das Stabilisierungsrohr 10 dem Eingang der Speisedüse 2 zugeführt, wo der Gasgemischstrom auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird und ein Verdichtungsstoß entsteht. Der Gasstrom prallt auf die Stirnseite der Äufnehmerdüse 3, wobei die Gesamtdruckhöhe mit einem Unterdruckmesser 4, beispielsweise mit einem Vakuummeter, kontrolliert wird.

Kommt in das zu untersuchende Gasgemisch ein Fremdgas bzw. -dampf, so verändert sich die Lage und die Intensität des Verdichtungsstoßes und somit die Gesamtdruckhöhe. Die Änderung der Gesamtdruckhöhe wird über die Aufnehmerdüse 3 bestimmt.

Versuche haben gezeigt, daß die Meßempfindlichkeit der Vorrichtung bei Vorhandensein von Wasser- und so Alkoholdämpfen in einem Bereich von 0,4 bis 0,05 VoI.-% liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Fremdgas- bzw. -dampfgehaltes in einem Gasgemisch, bei dem ein Gasgemischstrah! ausgebildet wird und anschließend die Gesamtdruckhöhe dieses Strahls registriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgemischstrahl auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird, bei der ein Verdichtungsstoß auftritt, und daß aus der Änderung der Intensität und Lage des Verdichtungsstoßes des Gasgemisches gegenüber der Intensität und Lage des Verdichtungsstoßes des fremdgasfreien Gasgemisches der Fremdgasgehält bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Meßfühlcrgehäuse, an dessen gegenüberliegenden Wänden eine Speisedüse und eine mit einem Unterdruckmesser verbünde-, ne Aufnehmerdüse gleichachsig befestigt sind, .jnd mit einem mit dem Meßfühlergehäuse in Verbindung stehenden Strahlsaugergehäuse, an dessen gegenüberliegenden Wänden einer Arbeitsdüse und eine mit einem Düsenverdichter 1%rbundene Mischkammer gleichachsig angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisedüse (2) des Meßfühlers als Lavaldüse ausgeführt ist und die Vorrichtung einen an die Arbeitsdüse (6) des Strahlsaugers angeschlossenen Druckregler (9) aufweist