DE2921448C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gaswäsche mit einer Waschlösung automatisch kontrollierter Zusammensetzung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Gaswäsche mit einer Waschlösung automatisch kontrollierter ZusammensetzungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von übelriechenden und/oder toxischen Gasen aus
verunreinigter Luft, bei welchem die verunreinigte Luft durch Gaswäsche mit einer Waschlösung mit einer
hinreichenden Konzentration eines elektrolytisch disso-■ ziierenden Agens in einem eine inerte Füllung
enthaltenden Waschturm im Gegenstrom zu der im Kreislauf geführten Waschlösung gereinigt wird, wobei
sich die Waschlösung im Sumpf am Boden des Waschturms sammelt, während die gereinigte Luft am
Kopf des Waschturms abgenommen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, bestehend
aus einem eine inerte Füllung enthaltenden Waschturm mit einem Sumpf am Boden des Waschturms und mit
einem Reinluftaustritt am Kopf des Waschturms und Mitteln zur Keislaufführung der Waschlösung.
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 inbesondere 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 Aufrechterhalturig 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.
Ein bekanntes Verfahren bzw. eine bekannte Vorrichtung zur Entfernung säurebildender Bestandteile
wie Schwefeldioxid oder Chlorwasserstoff aus Rauchgasen (US-PS 21 13 198) verwendet einen Waschturm
mit einer inerten Füllung, der im Gegenstrom von dem Rauchgas und von einer Waschlösung durchsetzt
wird. Die Reinluft tritt am Kopf des Waschturms aus und die Waschlösung sammelt sich in einem Sumpf. Die
Waschlösung enthält im wesentlichen Calciumbicarbonat und wird unter Abtrennung von ausgefallenen
Calciumsalzen im Kreislauf geführt: dabei wird der pH-Wert gemessen und bei Abweichungen von einem
vorgegebenen pH-Wert ein Steuersignal zur Steuerung einer Zufuhrvorrichtung erzeugt, durch die der Waschlösung
ein alkalisches Agens wie Calciumoxid oder Calciumcarbonat so lange zugeführt wird, bis der
vorgegebene pH-Wert wieder erreicht ist.
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 den Luftstrom entfernt, der durch den Waschturm hindurchtritt und
dessen inerte Füllung ständig mit einer Schwefelsäure= lösung 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 zusätzli- ' chen Kosten werden Hurch die Einsparungen gerechtfertigt,
die dadurch entstehen, daß die gereinigte Luft in das Gießereigebäude zurückgeführt werden kann.
Die Überwachung der Waschlösung mitteis 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.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Konzentration eines
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 die Zuführung für das Agens von den Steuersignalen zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen
Konzentration des sauren Ai/:ns entsprechend
einem pH < 2 in der Waschlösung gesteut rt wird.
Nach der Erfindung sind bei der Waschvorrichtung eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung zur Überwachung
der Konzentration eines sauren Agens in der Waschlösung ur.-J eine mit den Leitfähigkeitssignalen beaufschlagte
Steuereinrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen zur Steuerung einer Zuführung für das saure
Agens vorgesehen.
Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Waschvorrichtung nach der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und wird nachfolgend anhand
der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die Ansicht einer Waschvorrichtung nach der Erfindung im allgemeinen,
Fig.2 ein kombiniertes Fließ-Block-Diagramm der Meßeinrichtung und der Steuereinrichtung zur Aufrechterha.tung
der Konzentration des wirksamen Agens in der Waschlösung für die Waschvorrichtung nach Fig. 1,
und
F i g. 3 ein Schaltbild für die Steuereinrichtung in dem Fließ-Block-Diagramm nach F i g. 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 !.esung die Waschvorrichtung angepaßt sein muß,
und damit auch indirekt Lösungsmöglichkeiten für die Probleme, die in anJeren 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 Entfernung von Verunreinigungen aus einem Luftstrom die Leitfähigkeit der
Waschlösung verwendet wird, um die Zusammensetzung 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 unier 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 Waschlöcijno
führt. Weiterhin muß dsbci berücksichtigt werden,
wie rasch die verbrauchte Waschlösung entfernt werden muß. damit die Konzentration der Reaktionsprodukte
aus den Verunreinigungen begrenzt wird. Darin gehen die Kosten und die Probleme der Beseitigung der
verbrtuchten 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 F i g. 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 5
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 Wasehlösur.g über eine Leitung 10 in
den Waschturm 1 zurückgeführt wird. In dem Sumpf 8 befindet sich ein Schwimmerschalter 11, durch den das
FlUssigkeiisniveau in dem Sumpf 8 aufrechterhalten wird. Der Schwimmerschalter Il 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
Waschlösiing je nach Bedarf zu ermöglichen.
Der Wäscher 15 des Wasehiurms I enthalt eine nicht
gezeigte Füllung oder Packung, sowie ebenfalls nicht gezeigte Sprüheinrichtungen, mittels derer Wasser in
■ Richtung auf die Füllung 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 Flüssigkeitströpfchen aus der gereinigten Luft, bevor diese durch den Reinluftaustritt 16
hindurchtritt. Der Wäscher 15 ist weiter mit einem getrennten Ablaß 17 versehen.
Der Wäscher i5 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 V ei Stärkung 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 Fig. 1
; dargestellte Waschvorrichtung. Es wird dann jedoch nur
in dem letzten Waschturm der Reihe ein Wäscher nach Art des Wäschers 15 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 der allgemein mit 20 bezeichneten elektronischen Steuerung verbunden. Deren Aufbau ist
schematisch in einem Fließ-Block-Diagramm in Fig. 2 dargestellt. Durch diese Steuerung wird die Betätigung
einer Zufuhreinrichtung 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 Alarmeinrichtung 31, damit die Anlage bei einem Ausfall der Steuerung von
Hand bedient werden kann.
Der Aufbau und die Funktion des elektrodenlosen Leitfähigkeitsseniors 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 Waschlösang 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
.Säurekon/entration 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 an die Sendereinheit 24. Wie durch die
Pfeile 26 angedeutet wird, fließt die saure Waschlösung ständig zwischen der Sendereinheit 24 und der
Empfängereinheit 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
i 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 Vi, das der Scnsorschaltung 28 über eine
Leitung 37 von der Spannungsversorgung 27 zugeführt wird, verglichen. Die Sensorschaltung 28 erzeugt so ein
angepaUes, gleichgerichtetes Differenzsignal VO. Das pifferenzsignal 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 aufgrund des Ohmschen
Gesetzes in Leitfähigkeitswerte umgewandelt werden, wenn, wie im vorliegenden Fall, der Strom konstant ist.
Es gilt dann
Konst
Bei der schwefelsauren Waschlösung des Ausführungsbeispiels
beträgt der Leitwert der Waschlösung zwischen 0.045 und 0.095 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 0.05 S abgefallen ist Es wird dadurch zusätzliche Schwefelsäure aus dem Säureballon 23 in den Sumpf 8
des Waschturm« 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 Waschlosung einen Wert von 0.09 S
erreicht. Die Zuführeinrichtung 21 wird dann abgeschaltet,
so daß die Zufuhr von Schwefelsäure aus dem Säureballon 23 in den Sumpf 8 aufhört. Die Zufuhrein-■
richtung 21 bleibt abgeschaltet, bis die Steuereinrichtung 29 bei einem Leitwert von 0.05 S wiederum die
Arbeit der Zuführeinrichtung 21 auslöst.
Zusätzlich kann eine sichtbare und/oder hörbare Alarmeinrichtung 31 vorgesehen werden, die immer
if| dann ausgelöst wird, wenn die Steuereinrichtung 29 mit
einem Signal beaufschlagt wird, das einem Leitwert außerhalb der gesetzten Grenzen von 0.095 S bzw.
0.045 S entspricht, wodurch ein Ausfall der Gesamtanordnung angezeigt wird.
ι ■> 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 Zufuhreinrichtung 21 und zur Auslösung der
Alarmeinrichtung 31 kann je nach Wunsch ausgelegt werden. Eine beispielhafte Schaltung, mit der gleichmäßig
zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, ist im einzelnen in dem Schaltbild von F i g. 3 abgebildet. Die
'> Sensorschaltung 28 darin besteht aus einer Anpassungsschaltung
32 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-Bezugssigna! Vl von der Spannungsversorgung 27
zugeführt und nach Rauschunterdrückung und Anpassung um 80° in der Phase verschoben und in ein
r' Rechtecksignal umgewandelt, das über den Transistor
Q 4 mit umgekehrter Polarität auf die Leitung 50 gegeben wird. Das von der Empfängereinheit 25
ausgehende Wechseispannungssignai V2 wird einer Standardisierungsschaltung 33 bei 36 zugeführt; es wire'
·»<> darin verstärkt und in der Phase verschoben, so daß am
Ausgang des Verstärkers A 3 ein Rechtecksignal mit gleicher Phase wie das aus Vl abgeleitete Rechtecksignal
anliegt, das dem Ausgangssignal V2 entspricht. Aus diesen Signalen bildet der Verstärker A 3 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-Einga.igssignal.
Eine solche Verarbeitung des Ausgangssignals V2 der Empfängereinheit 25 ist notwendig,
damit sichergestellt ist, daß die Steuereinrichtung 29 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
Bei der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel erfolgt die Standardisierung dadurch, daß zunächst eine
Messung mit dem Sensor 18 in Luft erfolgt und die Standardisierungsschaltung 33 an einem (nicht gezeigten)
Steiigiied 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 M I wird dann mil Hilfe eines entsprechenden Einstellgliedes auf den bekannten
Leitwert eingestellt. Die Schaltung für die Standardisierung und den Ausschlag des Meßgerätes ist eine im
einzelnen bekannt«, .'khallun^ und bildet keinen Teil der
Erfindung.
Zusätzlich hat : ich gezeigt, daß viele Sensoren von
Temperaturänderungen beeinflußt werden. 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 KO der Sensorschaltung 28 in Anpassung an die
Temperatur im Sumpf 8 des Waschturms 1 modifiziert.
Insgesamt stellt somit das Differenzsignal KO am Ausgang der Sensorschaltung ein kompensiertes,
genaues Signal dar, das zu jeder Zeit den Leitwert der Wnsehlösiing im Waschturm 1 angibt.
Das Differenzsignal KO der Sensorschaltung 28 wird dem Verstärker A4 in der Steuereinrichtung 29
zugeführt und anschließend mit dem Sollwettsignal VS kombiniert, das dem an dem Sollwertgeber 30
eingestellten Sollwert entspricht, siehe Fig. 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 28 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 Zufuhreinrichtung 21 ein, wenn das Differenzsignal KO
unter das Sollwertsignal VS fällt, wodurch angezeigt wird, daß der Leitwert der Waschlösung unter den
gewünschten Wert gefallen ist.
In umgekehrter Weise wird das Relais 39 und damit die Zufuhreinrichtung 21 abgeschaltet, wenn das
Differenzsignal KO der Sensorschaltung 28 größer wird als das Soilwertsignal 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
Zufuhreinrichtung 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 A 5 über einen Rückkopplungswiderstand R 64 an den Eingang dieses Verstärkers
zurückgeführt wird.
Der Wert des Widerstandes R 64 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 R 64 dann von den Verhältnissen in dem jeweiligen System und seiner
Belastung ab. Bei Kenntnis dieser Faktoren kann der Wert des Widerstandes R 64 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 Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Hysterese 40 bis 60% des
Gesamtbereiches von Leitwerten zwischen 0 und 0.12 S
umfaßt
Durch diese vorgegebene Hysterese wird vermieden, daß die Zufuhreinrichtung 21 ständig an- und abgeschaltet
wird. Beträgt beispielsweise in dem betreffenden Anwendungsfall de* optimale Leitwert der Waschlösung
0.07 S, so werden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, solange der Leitwert der Waschlösung
zwischen 0.045 und 0.095 S liegt. Die vorerwähnte Rückkopplungsschaltung kann daher so eingestellt
werden, daß die Zufuhreinrichtung 21 durch den Verstärker A 5 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 0.09 S erreicht.
F i g. 3 zeigt auch eine lichtemittierende Diode D 4, die parallel am Ausgang des Verstärkers A 5 liegt und
somit eine visuelle Anzeige für die Tätigkeit der Zuführeinrichtung 21 bildet.
Das Anzeigegerät M\ liegt am Ausgang des Verstärkers A 4 und zeigt daher zu jeder Zeit den
Leitwert der Waschlösung entsprechend dem Diffe-' renzsignal KO an. Für das Bedienungspersonal ist daher
ohne weiteres zu erkennen, ob der Leitwert der Waschlösung innerhalb des jeweiligen Betriebsbereiches
liegt, im vorliegenden Fall zwischen 0.05 und 0.09 S.
Eine zusätzliche Sicherung kann durch die in F i g. 2 gezeigte Alarmeinrichtung 31 erhalten werden. Die
Steuereinrichtung 29 enthält eine Auslöseschaltung 40 für die Alarmeinrichtung 31 über ein nicht gezeigtes
Alarm-Relais 41, das unter den jeweiligen Umständen erregt wird und die Alarmeinrichtung 31 auslöst. In dem
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es erwünscht, die Alarmeinrichtung 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 A 6. Ein zweiter
Eingang 44 der Äusiöseschaitung für die Aiarmeinrichtung
31 wird mit einem vorgebebener. Gleichspannungssignal beaufschlagt, das dem oberen Grenzwert
der Leitfähigkeit entspricht, während ein dritter Eingang 46 mit einem anderen vorgegebenen Gleichspannungssignal
beaufschlagt ist, das dem unteren Grenzwert der Leitfähigkeit entspricht. Die oberen und
unteren Grenz- °rte ändern sich natürlich mit dem jeweiligen Anwendungsfall.
An einer Seite des Verstärkers A 6 werden das Differenzsignal VO und das obere Grenzwertsignal vom
Eingang 44 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 Λ 6 werden das
Differenzsignal VO und das untere Grenzwertsignal am Eingang 46 kombiniert, so daß an einem Ausgang 49 ein
Signal anliegt, wenn der Leitwert der Waschlösung unter 0.045 S fällt. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, wird das
Alarmrelais 41 bei Anwesenheit eines Signals a..*
Ausgang 48 oder 49 erregt und die Alarmeinrichtung 31
ausgelöst, wodurch ein Ausfall der gesamten Anordnung angezeigt wird. Eine lichtemittierende Diode D 7
liegt parallel zu dem Erregerkreis für das Relais 41 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. Darüber hinaus
Il
<2
wild natürlich auch der Umfang der Hysterese mit der
Belastung der Waschlösung veränderlich sein, d. h. mit der Menge an Verunreinigungen, die der Waschlösung
im WaschtuTn 1 zugeführt werden.
Das in F i g. 3 im einzelnen gezeigte Schaltbild bezieht sich auf eine Schaltung in Verbindung mii 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%. Alle Potentiometer sind Bourns-Potentiometer Nr. 3389 P; alle Kapazitatsaneaben sind
in Mikrofarad, soweit nicht anders angegeben; die Verstärker Ai, A3, A4 und /4 7 stammen von der
Motorola Corp., Chicago (Modell Nr. 4136, Quad 741), die Verstärker A 2 und A 5 bzw. A 6 von Texas
Instruments, Inc., Houston, Texas (Modell Nr. AO 301 A bzw. 4558 DN).
Nachdem die Waschvorrichtung gemäß einer Vorun-
tersuchung der ihre Arbeitsfähigkeit bestimmenden -■■■ Betrieb des Wasch«:
dieser Stoffe in der Waschlösnng nur bis zu eine bestimmten Grenze anwachsen kann. Dazu kann ein
bestimmter Anteil der Waschlösung in bestimmten Zeitabständen dem Waschturm 1 entnommen werden,
welcher Anteil dann automatisch durch eine entsprechend«. 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 1 bis
*> Gewichtsprozent Schwefelsäure. Ein solcher Gehalt
wurde nach den obenerwähnten 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
gemessene Ergebnisse
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 Grrde 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
Alarmeinrichtung 31.
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
festzulegen, da auch die Betriebsbedingungen der Waschvorrichtung von Zeit zu Zeit wechseln oder durch
spezielle Betriebsbedingungen erwünscht sein kann, von der ursprünglichen Betriebsvorschrift der Anlagr
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 dem bekannten »Säurefehler«, der tatsächlich auf einem Oberflächenschicht-Phänomen
beruht, bei dem im wesentlichen statische Bedingungen herrschen wie die, die beim Gebrauch
einer pH-Meßelektrode vorliegen. Die beschriebene Anordnung ist auch Gegensatz zu der Notwendigkeit
wöchentlicher Überprüfungen bei der industriellen Anwendung von pH-Sensoren ist üblicherweise nur
einmal innerhalb von 6 Monaten eine Über^-üfung 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 Steuereinrichtung 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (16)
1. Verfahren zur Entfernung von übelriechenden und/oder toxischen Gasen aus verunreinigter Luft,
bei welchem die verunreinigte Luft durch Gaswäsche mit einer Waschlösung mit einer hinreichenden
Konzentration eines elektrolytisch dissoziierenden Agens in einem eine inerte Füllung enthaltenden
Waschturm im Gegenstrom zu der im Kreislauf geführten Waschlösung gereinigt wird, wobei sich
die Waschlösung im Sumpf am Boden des Waschturms sammelt, während die gereinigte Luft am
Kopf des Waschturms abgenommen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konzentration eines 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 die Zuführung
für das Ageas von den Steuersignalen zur Aufrechterhaliung
einer vorgegebenen Konzentration des sauren Agens entsprechend einem pH<2 in der
Waschlösung gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß obere und untere Grenzwerte für den
Konzentrationsbereich des sai;ren Agens und für die Leitfähigkeit der Waschlösung festgelegt werden
und daß die Zuführung des sauren Agens bei Annäherung an den unteren Grenzwert gestartet
und bei Annäherung an den oberen Grenzwert angehalten w i-d.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des oberen und bei
Unterschreiten des untere?! 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 Empfängereinhe-t 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 5, dadurch gekennzeichnet, daß da; 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 Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige
Änderungen der Leitfähigkeit kompensiert werden.
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 Schwefelsäure ist
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, mit einem eine inerte
Füllung enthaltenden Waschturm mit einem Sumpf am Boden und mit einem Reinluftaustritt am Kopf
und Mitteln zur Kreislaufführung der Waschlösung, dadurch gekennzeichnet,daß eine Leitfähigkeitsmeßeinricntung
zur Überwachung der Konzentration des sauren Agens in der Waschlösung und eine mit
den Leitfähigkeitssignalen beaufschlagte Steuereinrichtung (29) für eine Zufuhreinrichtung (21) für das
saure Agens vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Steuereinrichtung (29) obere und untere Grenzwerte zur Schaltung der
Zufuhreinrichtung (21) bei Annäherung des Leitfähigkehssignals
an die Grenzwerte einstellbar sind.
IZ Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmeinrichtung (31) vorgesehen ist.
!3. Vorrichtung nach einem der .Ansprüchen !0 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 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, daß die
Sendereinheit (24) mit der Spannungsversorgung (27) verbunden ist und die Empfängereinheit (25)
über die Leitungen (36) die Sensorschaltung (28) speist, wobei die Sensorschaltung (28) mit der
Spannungsversorgung (27) über die Leitung (37) verbunden ist und der Sensorschaltung (28) eine
Steuereinrichtung (29) mit angeschlossenem Sollwertgeber (30) nachgeschaltet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (24) und die
Empfängereinheit (25) von torischen, in einem Gehäuse angeordneten Spulen ^ i'r-ildet wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturkompensationseinrichtung
vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschturm (1) stromauf vom Reinluftaustritt (16) einen Wäscher
(15) aufweist.
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US4172880A (en) | 1979-10-30 |
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