DE2921448A1

DE2921448A1 - Verfahren und vorrichtung zur gaswaesche mit einer waschloesung automatisch kontrollierter zusammensetzung

Info

Publication number: DE2921448A1
Application number: DE19792921448
Authority: DE
Inventors: William C Tzavos
Original assignee: Pettibone Corp
Current assignee: Pettibone Corp
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2921448C2; US4172880A

Description

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PATENTANWÄLTE
DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · DipL-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Pettibone Corporation, 4700 West Division Street, Chicago, Illinois 60651« USA

Verfahren und Vorrichtung zur Gaswäsche mit einer Waschlösung automatisch kontrollierter Zusammensetzung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von übelriechenden und/oder toxischen Gasen aus verunreinigter Luft, bei welchem die verunreinigte Luft einer Gaswäsche mit einer Waschlösung unterworfen wird, die eine hinreichende Konzentration eines elektrolytisch dissoziierenden sauren Agens enthält, das mit den Verunreinigungen reagiert und diese aus der verunreinigten Luft entfernt, wobei die verunreinigte Luft und die Waschlösung in einem eine inerte Füllung enthaltenden Waschturm im Gegenstrom geführt werden und die im Kreislauf geführte Waschlösung im Sumpf am Boden des Waschturms gesammelt wird, während die gereinigte Luft am Kopf des Waschturms abgenommen wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Waschvorrichtung zur Ausübung des vorgenannten Verfahrens, bestehend aus einem eine inerte Füllung enthaltenden Waschturm mit einem Sumpf am Boden des Waschturms, in dem sich eine im Kreislauf geführte Waschlösung sammelt, und mit einem Reinluftaustritt am Kopf des Waschturms, in welchem Waschturm die Waschlösung und die

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verunreinigte Luft im Gegenstrom geführt werden, wobei die Waschlösung ein elektrolytisch dissoziierendes saures Agens enthält, das mit den Verunreinigungen reagiert und diese aus der verunreinigten Luft entfernt.

In vielen technisch-industriellen Abläufen entstehen übelriechende und/oder toxische Gase, die in der Vergangenheit einfach in die Atmosphäre abgeleitet wurden. Inzwischen ist eine solche Verunreinigung der Atmosphäre nicht mehr gestattet, und es ist daher notwendig, die gasförmigen Verunreinigungen zu entfernen oder auf andere Weise unschädlich zu machen. Obgleich es in Anerkenntnis der häufig unverhältnismäßig hohen Kosten für die vollständige Entfernung der Verunreinigungen gestattet ist, Luft an die Atmosphäre abzugeben, die weniger als die amtlich festgelegten Maximalmengen der Verunreinigungen enthält, ist es trotzdem erwünscht, die schädlichen Verunreinigungen aus einem Luftstrom bis zu einem solchen Maße zu entfernen, daß die gereinigte Luft in den Innenraum von Fabrikgebäuden abgegeben werden kann. Dies ist insbesondere in solchen geographischen Gebieten von Bedeutung, in denen die Lufttemperatur stark von den Temperaturen abweicht, die innerhalb der Fabrikgebäude aufrechterhalten werden, denn die an die Atmosphäre abgegebene Luft muß durch von außen in das Gebäude eingeführte Luft ersetzt werden, die dann jeweils erwärmt oder gekühlt werden muß, je nachdem, wie es für die Aufrechterhaltung der gewünschten Innentemperatur des Gebäudes erforderlich ist. Es lassen sich daher erhebliche Energien und Kosten einsparen, wenn die verunreinigte Luft in einem Umfang behandelt wird, der ausreicht, um ihre Rückführung innerhalb des Gebäudes zu gestatten.

Luft-Waschtürme der vorgenannten Art sind bekannt und enthalten im allgemeinen eine inerte Füllung aus Stücken oder besonders geformten Stücken eines inerten Feststoffes, der eine große Oberfläche zur Verfügung stellt, die von der Wasch-

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lösung naß gehalten wird, die in abwärtiger Richtung auf die inerte Füllung aufgesprüht wird. Dabei tritt die Luft in aufwärtiger Richtung durch die inerte Füllung hindurch und fließt dabei über die nasse Oberfläche, an der die Reaktion der Verunreinigungen mit der Waschflüssigkeit erfolgt. Die Luft wird dann durch einen Entnebler geführt und tritt am Kopf des Waschturms aus. Der Waschturm ist dabei am Boden mit einem Flüssigkeitssumpf versehen, aus dem die Waschlösung mit Hilfe einer Pumpe entnommen und im Kreislauf den Sprühvorrichtungen zugeführt wird, von wo sie dann durch die inerte Füllung wieder nach unten zurückfließt. Das aus der Waschlösung verdampfte Wasser muß in geeigneter Weise ersetzt werden, wie auch andererseits die wirksame und gegebenenfalls optimale Zusammensetzung der Waschlösung aufrechterhalten werden muß. Das kann von Hand geschehen.

Beispielhaft für eine Industrie mit besonderen Luftverunreinigungsproblemen sei hier die Metallgießerei angeführt, insbesondere Gießereien, die nach dem Formmaskenverfahren oder mit Kernformen arbeiten. Während bereits bei der Herstellung der Gießformen sehr unangenehme Gerüche auftreten, werden auch beim Gießen selbst Luftverunreinigungen erzeugt. Die in Gießereien auftretenden Verunreinigungen sind in der Hauptsache Triethylamin, Dimethylethylamin, Kohlendioxid, Ammoniak, Formaldehyd, Phenole, Blausäure und andere Stoffe in Spurenmengen. Die riechenden und schädlichen Verunreinigungen werden durch Reaktion mit Schwefelsäure aus dem Luftstrom entfernt, der durch den Waschturm hindurchtritt und dessen inerte Füllung ständig mit einer Schwefelsäurelösung berieselt wird. Die Reinigung der Luft kann zusätzlich dadurch erhöht werden, daß zwei oder mehr Waschtürme mit der inerten Füllung hintereinander geschaltet werden. Die dadurch verursachten zusätzlichen Kosten werden durch die Einsparungen .gerechtfertigt, die dadurch entstehen, daß die gereinigte Luft in das Gießereigebäude zurückgeführt werden kann.

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Die Überwachung der Waschlösung mittels geeigneter Meßmethoden und die Aufrechterhaltung ihrer für optimale Wirksamkeit notwendigen Zusammensetzung von Hand bereitet insbesondere im Falle der Rückführung der gereinigten Luft Schwierigkeiten, da die Luftwäsche dabei nicht mit der wünschenswerten Sicherheit über die Länge der Zeit durchgeführt werden kann. Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art anzugeben, bei dem die Zusammensetzung der Waschlösung ständig überwacht und auf optimale Wirksamkeit eingestellt werden kann.

Wach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung durch kontinuierliche Messung der Leitfähigkeit der Waschlösung überwacht wird, daß die gemessenen Leitfähigkeitssignale der Waschlösung in Steuersignale umgewandelt werden und daß eine Zufuhrvorrichtung für das Agens von den Steuersignalen zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Konzentration des sauren Agens entsprechend einem pH <^ 2 in der Waschlösung angesteuert wird.

Nach der Erfindung sind bei der Waschvorrichtung eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung zur Überwachung der Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung, mittels derer die Leitfähigkeit der Waschlösung ständig meßbar ist, und eine mit den Leitfähigkeitssignalen beaufschlagte Steuervorrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung einer Zufuhrvorrichtung für das saure Agens vorgesehen, mittels derer ein vorgegebener Konzentrationsbereich des sauren Agens entsprechend einem pH -^ 2 in der Waschlösung aufrechterhaltbar ist.

Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Waschvorrichtung nach der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Ansicht einer Waschvorrichtung nach der Erfindung im allgemeinen;

J¹Xg. 2 ein kombiniertes Fließ-Block-Diagramm der Meßeinrichtung und der Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung der Konzentration des wirksamen Agens in der Waschlösung für die Waschvorrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 3 ein Schaltbild für die Steuereinrichtung in dem Fließ-Block-Diagramm nach Fig. 2.

Die im folgenden im einzelnen beschriebene Waschvorrichtung genügt in ihrer Funktion den Anforderungen, die in der Praxis an sie gestellt werden, wobei dies jedoch Einschränkungen insbesondere in Bezug auf die Art der Verunreinigungen, die aus dem Luftstrom entfernt werden sollen, unterliegt. Aus der folgenden Beschreibung ergeben.sich jedoch die Probleme, an deren Lösung die Waschvorrichtung angepaßt sein muß, und damit auch indirekt Lösungsmöglichkeiten für die Probleme, die in anderen Anwendungsfällen auftreten können.

Der Waschturm in der dargestellten Waschvorrichtung ist als solcher konventionell aufgebaut. Der Schlüssel zum erfolgreichen Betrieb der Waschvorrichtung liegt jedoch in der kontinuierlichen, automatischen Aufrechterhaltung der optimalen Bedingungen für die Zusammensetzung der sauren Waschlösung vom Standpunkt der Wirksamkeit in der Entfernung der Verunreinigungen und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Dabei liegt der Kern darin, daß in der Waschvorrichtung zur Entτ fernung von Verunreinigungen aus einem Luftstrom die Leitfähigkeit der Waschlösung verwendet wird, um die Zusammen-

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Setzung der Waschlösung genau zu überwachen. Dies wird dadurch bewirkt, daß durch eine auf die Leitfähigkeit der Waschlösung als Maß für die Konzentration des wirksamen sauren Agens ansprechende Steuerung die Zufuhr des wirksamen Agens entsprechend den jeweiligen Anforderungen gesteuert wird.

Bei solchen Waschvorrichtungen steht die optimale Zusammensetzung der Waschlösung in unmittelbarer Beziehung zu ihrer Konzentration an wirksamem Agens. Da, wie bereits gesagt, die Steuerung direkt auf die elektrische Leitfähigkeit der Waschlösung anspricht, entspricht auch die gemessene Leitfähigkeit der Leitfähigkeit, die der Waschlösung durch das zugesetzte wirksame Agens verliehen wird. So ist bekannt, daß zwischen der Konzentration von Säure in einer wässrigen Lösung und der elektrischen Leitfähigkeit dieser Lösung ein unmittelbarer Zusammenhang besteht, besonders bei niedrigen pH-Werten im Bereich von und unter pH = 2. Diese Beziehung liegt auch der Steuerung für die nachfolgend im einzelnen beschriebene Waschvorrichtung zugrunde, bei der das wirksame Agens eine Säure ist. Dabei kann die Anwesenheit anderer Stoffe in der Lösung nur dann hingenommen werden, wenn diese in ihrer Menge und nach ihrem Dissoziationsverhalten die elektrische Leitfähigkeit der Waschlösung nicht in einem solchen Maße beeinflussen, daß dadurch die Aufrechterhaltung der optimalen Säurekonzentration beeinträchtigt wird. Es ist daher notwendig, die in den zu waschenden Luftströmen enthaltenen Verunreinigungen in ihrer Menge und in ihrem Dissoziationsverhalten zu kennen, damit bestimmt werden kann, ob die "Verunreinigung der Waschlösung mit den Reaktionsprodukten aus der Reaktion der Säure mit den Verunreinigungen eine Größe erreicht, die zu einer Störung der Steuerung für die Einhaltung der Säurekonzentration in der Waschlösung führt. Weiterhin muß dabei berücksichtigt werden, wie rasch die verbrauchte Waschlösung entfernt werden muß, damit die Konzentration der Reaktionsprodukte aus den Verunreinigungen begrenzt wird. Darin gehen die Kosten

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und die Probleme der Beseitigung der verbrauchten Waschlösung ein.

Die nachfolgend im einzelnen beschriebene Waschvorrichtung ist mit großem Erfolg hinsichtlich der Kosten und ihrer Wirksamkeit zur Entfernung von Verunreinigungen aus Gießereiluft verwendet worden. Dabei übersteigt der Beitrag der Reaktionsprodukte aus der Reaktion der Verunreinigungen mit der Waschlösung zur Leitfähigkeit der Waschlösung selbst unter Extrembedingungen nicht 5 #.

Die Waschvorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem Waschturm 1 mit einer nicht gezeigten inerten Füllung zwischen einem Lufteinlaß 2 und der (nicht gezeigten) Sprüheinrichtung üblicher Bauart, der die saure Waschlösung über einen Einlaß 3 zugeführt wird. Oberhalb der Sprüheinrichtung befinden sich ein ebenfalls nicht dargestellter Entnebler, mit dem mit der Luft mitgerissene Flüssigkeitspartikel vor Eintritt des Luftstroms in einen Wäscher 15 entfernt werden. Wie üblich, sind eine Zugangstür 4-, ein Teststab 5, eine Spülöffnung 6 und ein Überlauf 7 vorgesehen. Am Boden des Waschturms 1 befindet sich ein Sumpf 8, in den die Waschlösung abläuft und aus dem die Waschlösung mit einer Pumpe 9 entnommen wird, mittels derer die Waschlösung über eine Leitung 10 in den Waschturm 1 zurückgeführt wird. In dem Sumpf 8 befindet sich ein Schwimmerschalter 11, durch den das Flüssigkeitsniveau in dem Sumpf 8 aufrechterhalten wird. Der Schwimmerschalter 11 ist elektrisch mit einem Magnetventil 12 verbunden, das in einer zur Auffüllung vorgesehenen Wasserleitung 13 angeordnet ist. Ein Ablauf 14-ist vorgesehen, um die Entnahme von Waschlösung je nach Bedarf zu ermöglichen.

Der Wäscher 15 des Waschturms 1 enthält eine nicht gezeigte Füllung oder Packung, sowie ebenfalls nicht gezeigte Sprühvorrichtungen, mittels derer Wasser in Richtung auf die Füllung

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nach unten gesprüht wird, während die Luft aus dem Entnebler von unten in den Wäscher 15 eintritt. Dadurch werden restliche Säurenebel entfernt, die in dem Luftstrom nach Passieren des Entneblers gegebenenfalls noch vorhanden sein können. Der Wäscher 15 enthält einen weiteren Entnebler zur Entfernung von JFlüssigkeitströpfchen aus der gereinigten Luft, bevor diese durch den Reinluftaustritt 16 hindurchtritt. Der Wäscher 15 ist weiter mit einem getrennten Ablaß 17 versehen.

Der Wäscher 15 kann auch zur Erhöhung der Waschwirkung mit einer alkalischen Lösung beschickt werden. In diesem Fall ist der Ablauf 17 mit einer Rückführeinrichtung verbunden, mit der die alkalische Lösung in den Wäscher 15 zurückgeführt wird.

Ein einstellbares Ventil oder ein Einstellhahn 52 in der Leitung 10 gestattet eine geeignete Einstellung der Zufuhrrate der Waschlösung zu der Sprüheinrichtung im Waschturm 1.

Zur Verstärkung der Reinigungswirkung auf den Luftstrom kann ein zweiter Waschturm gleicher Art in Reihe mit dem Waschturm 1 geschaltet werden. Dabei wird dann der Luftstrom nacheinander durch die beiden Waschtürme geführt, wobei der zweite Waschturm in gleicher Weise aufgebaut ist wie die in Pig. 1 dargestellte Waschvorrichtung. Es wird dann jedoch nur in dem letzten Waschturm der Reihe ein Wäscher nach Art des Wäschers benötigt.

Durch eine Steuerung, die im folgenden im einzelnen beschrieben wird, wird die Säurekonzentration in der Waschlösung zwischen vorgegebenen Grenzen auf der jeweils gewünschten Höhe gehalten. Diese Steuerung ist so ausgebildet, daß sie auf die elektrische Leitfähigkeit der Waschlösung anspricht. Sie besteht aus einem elektrodenlosen Sensor 18, der in geeigneter Weise am Unterteil des Waschturms 1 so befestigt ist, daß er in den Sumpf 8 eintaucht. Der Sensor 18 ist elektrisch mit

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der allgemein mit 20 bezeichneten elektronischen Steuerung verbunden. Deren Aufbau ist schematisch in einem Fließ-Block-Magramm in Fig. 2 dargestellt. Durch diese Steuerung wird die Betätigung einer Zufuhrvorrichtung 21 in Gestalt einer Säurepumpe gesteuert, die einerseits mit einer Säurezufuhrleitung 22 und andererseits mit einem Säurebehälter wie einem Ballon 23 verbunden ist. Die Steuerung enthält ebenfalls eine sichtbare und/oder hörbare Alarmvorrichtung 31, damit die Anlage bei einem Ausfall der Steuerung von Hand bedient werden kann.

Der Aufbau und die Funktion des elektrodenlosen Leitfähigkeitssensors 18 sind bekannt. Der Sensor 18 besteht aus einer Sendereinheit 24 und einer Empfängereinheit 25, die jeweils aus einfach gewundenen, torischen Spulen bestehen und in der Weise parallel angeordnet sind, daß die Waschlösung ständig zwischen ihnen hindurchfließen kann. Durch die Verwendung des elektrodenlosen Sensors 18 wird im Gegensatz zu Sensoren mit Elektroden die Abscheidung von Ionen an dem Sensor auf einem Minimum gehalten und dadurch die Genauigkeit der Meßwerte sichergestellt. Die Säurekonzentration in der Waschlösung kann dadurch gemessen werden, daß die Differenz zwischen der von einer Spannungsversorgung 27 an die Sendereinheit 24- abgegebenen Speisespannung, die als Bezugsspannung dient, und dem Ausgangssignal der Empfängereinheit 25 gemessen und mit einem von einem Sollwertgeber 30 vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Die Spannungsversorgung und Leistungsversorgung der verschiedenen Bauteile der gesamten Anlage einschließlich der Pumpe 21 kann aber auch beispielsweise über die vorhandenen Versorgungsleitungen erfolgen.

Die Spannungsversorgung 27 liefert somit eine Bezugsspannung nn die Hendereinheit ?'\. Wie durch die Pfeile ?(■> angedeutet wird, fließt die smire Wnr-chi örump; ntändip; zwischen der flender-

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einheit 24- und der Empfänger einheit 25 hindurch und bildet zwischen diesen einen Leitungsweg. Nimmt die Säurekonzentration in der Waschlösung infolge der Reaktion mit den Verunreinigungen an der inerten Füllung des Waschturms 1 ab, so verringert sich auch die Leitfähigkeit der Lösung entsprechend. Nimmt dagegen die Konzentration an Säure zu, so ergibt sich auch eine höhere Leitfähigkeit der Waschlösung. Dementsprechend ist auch das Ausgangssignal V2 an der Empfängereinheit 25 der Säurekonzentration in der Waschlösung proportional.

Die Ausgangsspannung V2 wird der Sensorschaltung 28 zugeführt und darin nach Anpassung mit dem Bezugssignal V1, das der Sensorschaltung 28 über eine Leitung 37 von der Spannungsversorgung 27 zugeführt wird, verglichen. Die Sensorschaltung 28 erzeugt so ein angepaßtes, gleichgerichtetes Differenzsignal VO. Das Differenzsignal VO wird einem Eingang einer Steuereinrichtung 29 zugeführt. Deren anderer Eingang wird mit einem dem Sollwert entsprechenden Signal VS des Sollwertgebers 30 beaufschlagt, welches Sollwertsignal VS der gewünschten Leitfähigkeit der Lösung entspricht.

Die Steuereinrichtung 29 enthält eine Vergleichsschaltung, die in bekannter Weise dadurch zur genauen Bestimmung der Säurekonzentration in der Waschlösung dient, daß das angepaßte Differenzsignal VO der Sensorschaltung 28 mit dem Sollwertsignal VS verglichen wird. In dem Maße, in dem das Verhältnis VO/VS zunimmt, wird auch eine höhere Säurekonzentration angezeigt und umgekehrt eine niedrigere Säurekonzentration in dem Maße, in dem dieses Verhältnis abnimmt.

Natürlich kann auch die Ausgangsspannung VO der Sensorschaltung 28 unmittelbar auf Grund des Ohmschen Gesetzes in Leitfähigkeitswerte umgewandelt werden, wenn, wie im vorliegen-

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den Fall, der Strom konstant ist. Es gilt dann

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Bei der schwefelsauren Waschlösung des Ausführungsbexspiels .beträgt der Leitwert der Waschlösung zwischen 0.045 und O.O95 S, wenn die Konzentration der Schwefelsäure in der Waschlösung als ausreichend angesehen werden kann. Zur Sicherheit ist die Steuereinrichtung 29 so ausgebildet, daß die Zufuhrvorrichtung 21 anläuft, wenn der Leitwert der Waschlösung auf O.O5 S abgefallen ist. Es wird dadurch zusätzliche Schwefelsäure aus dem Säureballon 23 in den Sumpf 8 des Waschturms 1 gepumpt und so die Konzentration von Schwefelsäure im Sumpf erhöht. Die Pumpe läuft und fördert Schwefelsäure in den Sumpf 8, bis der Leitwert der Waschlösung einen Wert von 0.09 erreicht. Die Zufuhrvorrichtung 21 wird dann abgeschaltet, so daß die Zufuhr von Schwefelsäure aus dem Säureballon 23 in den Sumpf 8 aufhört. Die Zufuhrvorrichtung 21 bleibt abgeschaltet, bis die Steuereinrichtung 29 bei einem Leitwert von O.O5 S wiederum die Arbeit der Zufuhrvorrichtung 21 auslöst.

Zusätzlich kann eine sichtbare und/oder hörbare Alarmvorrichtung 31 vorgesehen werden, die immer dann ausgelöst wird, wenn die Steuereinrichtung 29 mit einem Signal beaufschlagt wird, das einem Leitwert außerhalb der gesetzten Grenzen von 0.095s bzw. 0.04-5 S entspricht, wodurch ein Ausfall der Gesamt anordnung angezeigt wird.

Im einzelnen können jedoch die verschiedenen Grenzwerte auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden, bei dem sich im jeweiligen Anwendungsfall eine zufriedenstellende Luftreinigung ergibt.

Die Schaltung der Steuereinrichtung 29 zum Betrieb der Zufuhrvorrichtung 21 und zur Auslösung der Alarmvorrichtung 31 kann

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je nach Wunsch ausgelegt werden. Eine beispielhafte Schaltung, mit der gleichmäßig zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, ist im einzelnen in dem Schaltbild von Pig. 3 abgebildet. Die Sensorschaltung 28 darin besteht aus einer Anpassungsschaltung und einer Standardisierungsschaltung 33, mittels derer das Ausgangssignal V2 der Empfängereinheit 25 so verarbeitet wird, daß an 34- das Differenzsignal VO als Gleichspannungssignal anliegt, das dem Leitwert der Lösung genau entspricht. Dazu wird der Anpassungsschaltung 32 bei 37 das Wechselspannungs-Bezugssignal V1 von der Spannungsversorgung 27 zugeführt und nach Rauschunterdrückung und Anpassung um 80° in der Phase verschoben und in ein Rechtecksignal umgewandelt, das über den Transistor Q4- mit umgekehrter Polarität auf die Leitung 50 gegeben wird. Das von der Empfängereinheit 25 ausgehende Wechselspannungssignal V2 wird einer Standardisierungsschaltung 33 bei 36 zugeführt; es wird darin verstärkt und in der Phase verschoben, so daß am Ausgang des Verstärkers A3 ein Rechtecksignal mit gleicher Phase wie das aus V1 abgeleitete Rechtecksignal anliegt, das dem Ausgangssignal V2 entspricht. Aus diesen Signalen bildet der Verstärker A3 ein nicht-standardisiertes Gleichspannungs-Differenzsignal, das standardisiert und in das der Leitfähigkeit der Waschlösung proportionale Gleichspannungssignal VO umgewandelt wird.

Die vorstehend beschriebene Schaltung ist eine bekannte Anordnung zur Erzeugung eines kalibrierten Gleichspannungssignals aus einem Wechselspannungs-Eingangssignal. Eine solche Verarbeitung des Ausgangssignals V2 der Empfängereinheit 25 ist notwendig, damit sichergestellt ist, daß die Steuereinrichtung ein Eingangssignal erhält, das frei von Störsignalen ist, welche die Arbeit der ganzen Schaltung negativ beeinflussen würde.

Wie sonst auch bei der praktischen Anwendung theoretischer Grundsätze, ist eine Standardisierung notwendig, damit die Schaltung für den jeweiligen Anwendungsfall arbeitsfähig ist.

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Bei der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel erfolgt die Standardisierung dadurch, daß zunächst eine Messung mit dem Sensor 18 in Luft erfolgt und die Standardisierungsschaltung an einem (nicht gezeigten) Stellglied so eingestellt wird, daß das Anzeigegerät M1 den Wert 0 anzeigt. Der Sensor 18 wird dann in eine Testlösung bekannter Leitfähigkeit eingetaucht und die Einstellung des Anzeigegerätes M1 abgelesen. Der Ausschlag des Anzeigegerätes M1 wird dann mit Hilfe eines entsprechenden Einstellgliedes auf den bekannten Leitwert eingestellt. Die Schaltung für die Standardisierung und den Ausschlag des Meßgerätes ist eine im einzelnen bekannte Schaltung und bildet keinen Teil der Erfindung.

Zusätzlich hat sich gezeigt, daß viele Sensoren von Temperaturänderungen beeinflußtwerden. Aus diesem Grunde enthalten die meisten Sensoren einen temperaturabhängigen Widerstand, der hier nicht dargestellt ist und mittels dessen bei 38 ein weiteres Eingangssignal an die Sensorschaltung 28 gelegt wird, das das Differenzsignal VO der Sensorschaltung 28 in Anpassung an die Temperatur im Sumpf 8 des Waschturms 1 modifiziert.

Insgesamt stellt somit das Differenzsignal YO am Ausgang der Sensorschaltung ein kompensiertes, genaues Signal dar, das zu jeder Zeit den Leitwert der Waschlösung im Waschturm 1 angibt.

Das Differenzsignal VO der Sensorschaltung 28 wird dem Verstärker A4- in der Steuereinrichtung 29 zugeführt und anschließend mit dem Sollwertsignal VS kombiniert, das dem an dem Sollwertgeber 30 eingestellten Sollwert entspricht, siehe Jig. 2. Das Sollwertsignal VS ist dem optimalen Leitwert der Waschlösung proportional und zeigt diesen genau an. Das Sollwertsignal VS und das Differenzsignal VO der Sensorschaltung werden durch einen Verstärker A 5 verstärkt und schalten ein Relais 39» das nicht gezeigt ist. Das Relais 39 in der Steuereinrichtung 29 schaltet die Zufuhrvorrichtung 21 ein, wenn das Differenzsignal VO unter das Sollwertsignal VS fällt, wodurch

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angezeigt wird, daß der Leitwert der Waschlösung unter den gewünschten Wert gefallen ist.

In umgekehrter Weise wird das Relais 39 und damit die Zufuhrvorrichtung 21 abgeschaltet, wenn das Differenzsignal VO der Sensorschaltung 28 größer wird als das Sollwertsignal VS, denn dann tritt am Ausgang des Verstärkers A 5 das Schaltsignal für das Relais 39 nicht mehr auf.

Es ist ohne weiteres verständlich, daß es nicht wünschenswert, ist, wenn das Relais 39 und damit die Zufuhrvorrichtung 21 momentan auf die Leitfähigkeit der Waschlösung anspricht, sobald diese geringfügig unter oder über dem jeweils optimalen Wert liegt. Dafür ist ein eingebauter "toter Gang" bzw. eine Hysterese-Schaltung vorgesehen, indem ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers A5 über einen Rückkopplungswiderstand R64- an den Eingang dieses Verstärkers zurückgeführt wird.

Der Wert des Widerstandes R64- ist für jeden Anwendungsfall charakteristisch, denn es ist erwünscht, daß die Hysterese auf einen vorgegebenen Anteil des Gesamtbereiches beschränkt bleibt. Im einzelnen hängt der Wert des Widerstandes R64- dann von den Verhältnissen in dem jeweiligen System und seiner Belastung ab. Bei Kenntnis dieser Faktoren kann der Wert des Widerstandes R64-ohne weiteres in bekannter Weise berechnet werden. Dabei ist festzuhalten, daß im allgemeinen die Hysterese 10 bis 15 % des Gesamtbereiches umfaßt, was aber für die Steuerung bei der hier beschriebenen Waschvorrichtung nicht geeignet ist. Beispielsweise ist in dem AusführunRsbeispiel vorgesehen, daß die Hysterese 4-0 bis 60 % des Gesamtbereiches von Leitwerten zwischen 0 und 0.12 S umfaßt.

Durch diese vorgegebene Hysterese wird vermieden, daß die Zufuhrvorrichtung 21 ständig an- und abgeschaltet wird. Beträgt beispielsweise in dem betreffenden Anwendungsfall der optimale Leitwert der Waschlösung 0.0" S, so werden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, solange der Leitwert der Waschlösung zwischen

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0.045 und O.O95 S liegt. Die vorerwähnte Rückkopplungsschaltung kann daher so eingestellt werden, daß die Zufuhrvorrichtung 21 durch den Verstärker A5 und das Relais 39 immer dann eingeschaltet wird, wenn der Leitwert der Waschlösung unter die Untergrenze von 0.05 S fällt, und immer dann abgeschaltet wird, wenn der Leitwert seinen oberen Grenzwert von O.O9 S erreicht.

Fig. 3 zeigt auch eine lichtemittierende Diode D4, die parallel am Ausgang des "Verstärkers A5 liegt und somit eine visuelle Anzeige für die Tätigkeit der Zufuhrvorrichtung 21 bildet.

Das Anzeigegerät M1 liegt am Ausgang des Verstärkers A4- und zeigt daher zu jeder Zeit den Leitwert der Waschlösung entsprechend dem Differenzsignal VO an. Für das Bedienungspersonal ist daher ohne weiteres zu erkennen, ob der Leitwert der Waschlösung innerhalb des jeweiligen Betriebsbereiches liegt, im vorliegenden Fall zwischen O.O5 und O.O9 S.

Eine zusätzliche Sicherung kann durch die in Fig. 2 gezeigte Alarmvorrichtung 31 erhalten werden. Die Steuereinrichtung 29 enthält eine Auslöseschaltung 40 für die Alarmvorrichtung 31 über ein nicht gezeigtes Alarm-Relais 41, das unter den jeweiligen Umständen erregt wird und die Alarmvorrichtung 31 auslöst. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es erwünscht, die Alarmvorrichtung 31 auszulösen, wenn der Leitwert den höchsten Grenzwert von 0.095 S überschreitet oder den niedrigsten Grenzwert von 0.045 S unterschreitet. Das Differenzsignal VO der Sensorschaltung 28 wird der Auslöseschaltung über die Leitung 42 zugeführt, und zwar in die getrennten Eingänge eines geteilten Verstärkers A6. Ein zweiter Eingang 44 der Auslöseschaltung für die Alarmvorrichtung 31 wird mit einem vorgegebenen Gleichspannungssignal beaufschlagt, das dem oberen Grenzwert der Leitfähigkeit entr.pricht, wnhrcnd ein dritter Ei.np;nnR 46 mit einem anderen vr^-

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gegebenen Gleichspannungssignal beaufschlagt ist, das dem unteren Grenzwert der Leitfähigkeit entspricht. Die oberen und unteren Grenzwerte ändern sich natürlich mit dem jeweiligen Anwendungsfall.

An einer Seite des Verstärkers A6 werden das Differenzsignal VO und das obere Grenzwertsignal vom Eingang 4A kombiniert, so daß an einem Ausgang 48 immer dann ein Signal anliegt, wenn der Leitwert der Lösung einen Wert von 0.095 S überschreitet. An der anderen Seite des Verstärkers A6 werden das Differenzsignal VO und das untere Grenzwertsignal am Eingang 4-6 kombiniert, so daß an einem Ausgang 4-9 ein Signal anliegt, wenn der Leitwert der Waschlösung unter 0.04-5 S fällt. Wie sich aus Fig. ergibt, wird das Alarmrelais 4-1 bei Anwesenheit eines Signals am Ausgang 4-8 oder 4-9 erregt und die Alarmvorrichtung 31 ausgelöst, wodurch ein Ausfall der gesamten Anordnung angezeigt wird, Eine lichtemittierende Diode D7 liegt parallel zu dem Erregerkreis für das Relais 4-1 und stellt somit zusätzlich eine visuelle Alarmanzeige dar.

Es versteht sich, daß die verschiedenen oberen und unteren Grenzwerte, der Umfang der Hysterese und die Sollwerte von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängig sind und daß die genauen Grenzwerte durch die jeweils gewünschten Ergebnisse und die jeweiligen Arbeitsbedingungen bestimmt sind. Darüberhinaus wird natürlich auch der Umfang der Hysterese mit der Belastung der Waschlösung veränderlich sein, d.h. mit der Menge an Verunreinigungen, die der Waschlösung im Waschturm 1 zugeführt werden.

Das in Fig. 3 im einzelnen gezeigte Schaltbild bezieht sich auf eine Schaltung in Verbindung mit einem elektrodenlosen Sensor 18, wie er von der Firma Great Lakes Instruments, Inc., Milwaukee, Wisconsin, unter der Modellnummer 75 vertrieben wird. Soweit nicht anders angegeben, haben die Widerstände eine Fehlerbreite von 1 fo. Alle Potentiometer sind Bourns-Potentiometer

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Nr. 3589 P; alle Kapazitätsangaben sind in Mikrofarad, soweit nicht anders angegeben; die Verstärker A1, A3, A4 und A7 stammen von der Motorola Corp., Chicago (Modell Nr. 4136, Quad 741), die Verstärker A2 und A5 bzw. A6 von Texas Instruments, Inc., Houston, Texas (Modell Nr. AO 301 A bzw. 4558 DN).

Nachdem die Waschvorrichtung gemäß einer Voruntersuchung der ihre Arbeitsfähigkeit bestimmenden Faktoren ausgelegt worden ist, müssen die Betriebsvorschriften für die Anlage festgelegt werden. Dazu muß die Art der Säure bestimmt werden, die für die Reaktion mit den Verunreinigungen in der Luft bzw. für deren Entfernung am besten wirksam ist; gleichzeitig muß auch die Säurekonzentration in der Waschlösung festgelegt werden, die erforderlich ist, um die für die Wäsche notwendigen chemischen Reaktionen herbeizuführen. In diesem Zusammenhang muß auch berücksichtigt werden, bis zu welchem Grade die Verunreinigungen entfernt werden sollen. Es wird dann ein Konzentrationsbereich für die Säure festgelegt, wobei ein unterer Wert dadurch bestimmt ist, daß die Waschlösung gerade hinreichend wirksam ist, um die Verunreinigungen so weit zu entfernen, wie es nach den jeweiligen Anforderungen erforderlich ist, und der obere Wert dadurch bestimmt ist, daß er mit Sicherheit ausreicht, um Spitzenbelastungen mit Verunreinigungen während des Betriebs abzufangen. Dabei müssen natürlich die Wirtschaftlichkeit der Anlage und weitere praktische Faktoren wie die Korrosionsempfindlichkeit der Ausrüstung mit in die Betrachtung einbezogen werden.

Nach Festlegung der vorgenannten Konzentrationswerte werden diese unter Bezugnahme auf Standardtafeln oder -tabellen in entsprechende Leitwerte umgewandelt, so daß damit der Sollwert und die Grenzwerte für die Steuereinrichtung 29 festgelegt werden können. Dementsprechend bestimmen sich auch die oberen und unteren Grenzwertsignale für die Auslösung der Alarmvorrichtung

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Da die Reaktionsprodukte aus der Reaktion der Verunreinigungen mit der Säure der Waschlösung ständig zugeführt und in dieser gelöst werden, muß dafür Sorge getragen werden, daß die Anwesenheit dieser Stoffe in der Waschlösung nur bis zu einer bestimmten Grenze anwachsen kann. Dazu kann ein bestimmter Anteil der Waschlösung in bestimmten Zeitabständen dem Waschturm entnommen werden, welcher Anteil dann automatisch durch eine entsprechende Zuführung von Wasser und Säure ergänzt wird; es kann aber auch der Waschturm 1 abgeschaltet und die gesamte Waschlösung verworfen und durch frische Waschlösung ersetzt werden. Welches von beiden "Verfahren gewählt wird, hängt wieder von den besonderen Arbeitsbedingungen der Waschvorrichtung im einzelnen ab.

Wird die Waschvorrichtung für die Wäsche von Gießereiluft eingesetzt, so enthält die Waschlösung 2 bis 6 Gewichtsprozent Schwefelsäure. Ein solcher Gehalt wurde nach den oben erwähnten Grundsätzen ermittelt und hat sich als ausreichend herausgestellt. Es ist jedoch auch möglich, den Sollwert bzw. die Grenzwerte für den Leitwert der sauren Waschlösung durch tatsächliche, im Betrieb des Waschturms 1 gemessene Ergebnisse festzulegen, da auch die Betriebsbedingungen der Waschvorrichtung von Zeit zu Zeit wechseln oder durch spezielle Betriebsbedingungen erwünscht sein kann, von der ursprünglichen Betriebsvorschrift der Anlage abzuweichen.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung des Leitwertes der Waschlösung als Regelgröße für die Regelung der Zusammensetzung der Waschlösung im Vergleich zu anderen Regelungen, die auf den pH-Wert der Waschlösung ansprechen, sehr zuverlässig ist. Dies gilt ganz besonders für Waschvorrichtungen, bei denen ein Säuregrad von pH = 2.0 und darunter erforderlich ist. In der vorbeschriebenen Anlage, in der die Waschlösung kontinuierlich durch den auf die Leitfähigkeit ansprechenden Sensor geführt wird, ist die Regelung vollständig frei von

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dem bekannten "Säurefehler", der tatsächlich auf einem Ober-.flächenschicht-Phänomen beruht, bei dem im wesentlichen statisehe Bedingungen herrschen wie die, die beim Gebrauch einer pH-Meßelektrode vorliegen. Die beschriebene Anordnung ist auch über verhältnismäßig lange Zeit außerordentlich stabil. Im Gegensatz zu der Notwendigkeit wöchentlicher Überprüfungen bei der industriellen Anwendung von pH-Sensoren ist üblicherweise nur einmal innerhalb von 6 Monaten eine Überprüfung erforderlich. Betriebsunterbrechungen durch Beschädigungen der empfindlicheren pH-Meßelektroden werden durch die Verwendung der viel widerstandsfähigeren elektrodenlosen Sensoren 18 vermieden.

Es ergibt sich somit, daß bei einer Waschvorrichtung mit einer Überwachungs- und Steuervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art der Säuregrad der Waschlösung über lange und kontinuierliche Betriebszeiten der Waschvorrichtung zuverlässig und dementsprechend mit einem Minimum an Betriebskosten überwacht und eingehalten wird.

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Claims

2921U8 Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von übelriechenden und/oder toxischen Gasen aus verunreinigter Luft, bei welchem die verunreinigte Luft einer Gaswäsche mit einer WaschlÖsung unterworfen wird, die eine hinreichende Konzentration eines elektrolytisch dissoziierenden sauren Agens enthält, das mit den Verunreinigungen reagiert und diese aus der verunreinigten Luft entfernt, wobei die verunreinigte Luft und die Waschlösung in einem eine inerte Füllung enthaltenden Waschturm im Gegenstrom geführt werden und die im Kreislauf geführte Waschlösung im Sumpf am Boden des Waschturms gesammelt wird, während die gereinigte Luft am Kopf des Waschturms abgenommen wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung durch kontinuierliche Messung der Leitfähigkeit der Waschlösung überwacht wird, daß die gemessenen Leitfähigkeitssignale der Waschlösung in Steuersignale umgewandelt werden und daß eine Zufuhrvorrichtung für das Agens von den Steuersignalen zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Konzentration des sauren Agens entsprechend einem pH -^ 2 in der Waschlösung angesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß obere und untere Grenzwerte für den Konzentrationsbereich des sauren Agens und für die Leitfähigkeit der Waschlösung festgelegt werden und daß die Zufuhr von saurem Agens bei Annäherung an den unteren Grenzwert gestartet und bei Annäherung an den oberen Grenzwert angehalten wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des oberen und bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes ein Alarm ausgelöst wird.

4-, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sumpf des Waschturms ein elektrodenloser Sensor eingeführt wird, zwischen dessen Sendereinheit und Empfängereinheit die Waschlösung ständig hindurchgeführt wird, daß die Sendereinheit mit einem Bezugssignal beaufschlagt wird und daß in der Empfängereinheit ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei das aus dem Bezugssignal und dem Ausgangssignal gebildete Differenzsignal der Leitfähigkeit der zwischen der Sendereinheit und der Empfängereinheit hindurchgeführten Waschlösung proportional ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit und die Empfängereinheit jeweils eine torische Spule aufweisen und zwischen den in einem Gehäuse parallel und im Abstand zueinander angeordneten Spulen die Waschlösung hindurchgeleitet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal mit einem Sollwert, der der optimalen Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung entspricht, verglichen wird und der obere und der untere Grenzwert oberhalb bzw. unterhalb des Sollwertes festgelegt werden.

7- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche bei einer Waschlösung mit temperaturabhängiger Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der Leitfähigkeit mit der Temperatur kompensiert werden.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Waschtürme hintereinander geschaltet werden. · -.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Agens eine Säure ist.

10. Waschvorrichtung für mit übelriechenden und/oder toxischen Gasen verunreinigte Luft zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus einem eine inerte Füllung enthaltenden Waschturm mit einem Sumpf am Boden des Waschturms, in dem sich eine im Kreislauf geführte Waschlösung sammelt, und mit einem Reinluftaustritt am Kopf des Waschturms, in welchem Waschturm die Waschlösung und die verunreinigte Luft im Gegenstrom geführt werden, wobei die Waschlösung ein elektrolytisch dissoziierendes saures Agens enthält, das mit den Verunreinigungen reagiert und diese aus der verunreinigten Luft entfernt,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung zur Überwachung der Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung, mittels derer die Leitfähigkeit der Waschlösung ständig meßbar ist, und eine mit den Leitfähigkeitssignalen beaufschlagte Steuervorrichtung (29) zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung einer Zufuhrvorrichtung (21) für das saure Agens vorgesehen sind, mittels derer ein vorgegebener Konzentrationsbereich des sauren Agens entsprechend einem pH<2 in der Waschlösung aufrechterhaltbar ist.

11. Waschvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuereinrichtung (29) obere und untere Grenzwerte einstellbar sind, wobei die Zufuhrvorrichtung (21) bei Annäherung do:; I.e i Lf nhißkeitss Lgnals an den unteren Grenzwert anschaltbar und bei Annäherung des Leitfähigkeitssignals an den oberen Grenzwert abschaltbar ist.

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12. Waschvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Überschreitung der Grenzwerte auslösbarer Alarm (31) vorgesehen ist.

13. Waschvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem in den Sumpf (8) des Waschturms (1) eingeführten elektrodenlosen Sensor (18) mit einer Sendereinheit (24) und einer Empfängereinheit (25) besteht, die parallel und im Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen denen ständig Waschlösung hindurchfließt, daß die Sendereinheit (24) mit einem Bezugssignal (V1) beaufschlagbar ist und am Ausgang der Empfängereinheit (25) ein Ausgangssignal (V2) anliegt und daß das Leitfähigkeitssignal das aus dem Bezugssignal (V1) und dem Ausgangssignal (V2) gebildete, der Leitfähigkeit der zwischen der Sendereinheit (24) und der Empfängereinheit (25) hindurchfließenden Waschlösung proportionale Differenzsignal (VO) ist.

14. Waschvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (24) und die Empfängereinheit (25) von torischen, in einem Gehäuse angeordneten Spulen gebildet wird.

15. Waschvorrichtung nach Ansprüchen 10 bis I3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertgeber (30) für ein der optimalen Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung entsprechendes Sollwertsignal (VS) vorgesehen ist.

16. Waschvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis I5 für Waschlösungen mit temperaturabhängiger Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturkompensationseinrichtung vorgesehen ist, mittels derer Änderungen der Leitfähigkeit mit der Temperatur kompensiert werden.

17· Waschvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Agens eine Säure ist und der Waschturm (1) stromauf von dem Reinluftaustritt (16) einen Wäscher (15) aufweist.

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