DE2926138A1

DE2926138A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen messung des gehalts an geloestem kohlendioxyd in fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2926138A1
Application number: DE19792926138
Authority: DE
Inventors: Ernst Heinrich Dr Rer Na Ecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1981-01-08
Also published as: JPS568535A

Description

Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an
gelöstem Kohlendioxyd in Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in Flüssigkeiten.
Bei bestimmten Herstellungsverfahren ist zur optimalen Prozeßführung die kontinuierliche Uberwachung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in einer Flüssigkeit erforderlich. Dies gilt insbesondere für die Getränkeindustrie, wo der Kohlensäuregehalt eines Getränks ein Qualitätsmerkmal darstellt.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in Flüssigkeiten zu schaffen, die zum Einsatz in industriellen Herstellungsprozessen geeignet ist.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtunggesehen, die gekennzeichnet ist durch einegaspermeable Membran, die auf einer Seite von der gelöstes C02 enthaltenden Probenflüssigkeit, auf der anderen Seite von einer neutralen oder basischen Meßflüssigkeit beströmt wird. Je ein Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer ist im Leitungsweg der Meßflüssigkeit vor und nach der permeablen Membran angeordnet, die Differenz der Ausgangssignale der Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer ist das vom C02-Gehalt der Probenflüssigkeit abhängige Signal.
Als Meßflüssigkeit wird bevorzugt hochreines Wasser niedriger Grundleitfähigkeit verwendet, das im Kreislauf geführt und aufbereitet wird. Werden bei der Aufbereitung Maßnahmen getroffen, die Grundleitfähigkeit der Meßflüssigkeit konstant zu halten, so kann der Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer am Eingang der Meßstrecke entfallen, die Differenzbildung erfolgt dann mit einem dem konstanten Leitfähigkeits-Grundwert entsprechenden elektrischen Signal.
Bei der Verwendung von hochreinem Wasser niedriger Grundleitfähigkeit -erhöht sich die Leitfähigkeit am Ausgang der Meßstrecke infolge Aufnahme des durch die Membran diffundierten Kohlendioxyds.
Wird eine basische Meßflüssigkeit, beispielsweise verdünne Natronlauge, verwendet, die eine hohe Grundleitfähigkeit aufweist, erniedrigt sich die Leitfähigkeit nach Umsetzung der Natrium-Kationen und der Karbonat-Anionen zu Natrium-Karbonat auf etwa die Hälfte.
Um die für die kontinuierliche Messung notwendige schnelle Reaktion zu ermöglichen, findet die vorzugsweise aus Polymermaterial hergestellte, scheibenförmig oder schlauchartig ausgebildete Membran in einer Dicke von 1 bis 25/um, vorzugsweise 2 bis 5/umw Verwendung.
Weitere Merkmale sind den Unteransprüchen in Verbindung mit den in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Zur Erläuterung des Meßprinzips ist in der Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Meßstrecke stark schematisiert dargestellt. Die Meßstrecke enthält eine Meßzelle 1, die durch eine in ihr aufgespannte semipermeable Membran 2 unterteilt ist. Da die aus Polymermaterial hergestellte Membran 2 eine Dicke voneinigen /umaufweist, kann im Bedarfsfall eine Siebplatte 3 vorgesehen werden, an der sie sich mechanisch abstützt.
Die Probenflüssigkeit PF mit dem in ihr gelöstenKohlendioxyd strömt durch den unteren Teil der Meßzelle 1 an einer Seite der permeablen Membran 2 vorbei, während deren andere Seite von der durch den oberen Teil der Meßzelle 1 geleiteten Meßflüssigkeit MF beströmt wird.
Die Strömungsgeschwindigkeiten in den Strömungswegen der Probenflüssigkeit PF und der Meßflüssigkeit MF sind so aufeinander abgestimmt, daß sich bei gegebener Membranfläche und -dicke eine konstante Permeationsrate des in der Probenflüssigkeit PF gelösten Kohlendioxyds in die Meßflüssigkeit MF einstellt.
Bei der dabei ablaufenden Reaktion ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Meßflüssigkeit, dieser Effekt wird zur Messung ausgenutzt.
Dazu ist ein erster Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer 4 im Strömungsweg der Meßflüssigkeit MF vor deren Eintritt in die Meßzelle 1 angeordnet, ein zweiter Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer 5 an deren Ausgang. Die elektrischen Ausgangssignale s4 und s5 der Meßwertaufnehmer 4 und 5 werden in bekannter und hier nicht näher dargestellter Weise in Differenz geschaltet und das Differenzsignal, das dem Gehalt der Probenflüssigkeit PF an Kohlendioxyd entspricht, bei 6 angezeigt oder weiter verarbeitet.
Die Meßflüssigkeit Nr, beispielsweise hochreines Wasser, kann aufbereitet und im Kreislauf geführt werden. Das aus dem Meßwertaufnehmer 5 austretende Wasser wird dazu, wie oberhalb der Schnittlinie a - a dargestellt ist, einem Ionentauscher 7 zugeführt und mit Hilfe einer Pumpe 8 über ein Druckausgleichsgefäß 9 und den ersten Meßwertaufnehmer 4 wieder der Meßzelle 1 zugeführt.
In ähnlicher Weise kann mit basischen Meßflüssigkeiten verfahren werden.
In Figur 2 ist schematisch eine andere Ausführungsform der Meßzelle 1 dargestellt. Die Membran 2 ist hier schlauchartig ausgebildet und wird von der Probenflüssigkeit PF durchströmt. In einem sie umgebenden Rohr 10 wird die Meßflüssigkeit MF zu- und abgeführt. Um einen mengenmäßig größeren Gasübertritt zu ermöglichen, kann die schlauchartig ausgebildete Membran 2 zur Vergrößerung der Permeationsfläche einen elliptischen oder einen flachen Querschnitt aufweisen, wie in Figur 3 dargestellt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Meßeinrichtung als Eintauchgerät ausgebildet, wobei eine hohlzylindrische Sonde 11 als Teil der Meßzelle 1 in ein von der Probenflüssigkeit PF durchströmtes Rohr 12 eintaucht.
Die kreisscheibenförmige Membran 2 ist in der Stirnfläche der Sonde 11 angeordnet. Uber ein koaxiales Rohr 13, das im Innern der Sonde 11 über der Membran 2 endet und das mit Strömungsleitblechen 14 versehen sein kann, wird die Meßflüssigkeit MF zugeführt, beströmt die Innenseite der Membran 2, steigt in der Sonde 11 hoch und wird aus der Meßzelle 1 abgeführt. Taucht die Sonde 11 in eine ruhende, beispielsweise in einem Tank befindliche Probenflüssigkeit PF ein, so ist dafür zu sorgen, daß diese im Membranbereich bewegt wird, beispielsweise mit Hilfe eines bekannten, hier nicht dargestellten Magnetrührwerks mit kunststoffummanteltem Rührkörper.
Wird die Meßflüssigkeit MF so aufbereitet, daß ihre Grundleitfähigkeit vor Eintritt in die Meßstrecke konstantgehalten wird, so kann der erste Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer 4 (Figur 1) entfallen, und zwischen den Schnittlinien a - a' und b - bl wird die in Figur 5 dargestellte.
Schaltungsanordnung eingesetzt. Sie unterscheidet sich von der bereits beschriebenen dadurch, daß das Ausgangssignal s5 des zweiten Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmers 5 mit dem Ausgangssignal s4' eines einstellbaren elektrischen Signalgebers 4' in Differenz geschaltet wird, wobei s4' der konstantgehaltenen Grundleitfähigkeit der aufbereiteten Meßflüssigkeit MF entspricht.
Wegen der starken Temperaturabhängigkeit sowohl der Permeation von Gasen durch Membrane wie auch der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten ist durch konstruktive Ausgestaltung und/oder elektrische Schaltungsmaßnahmen Sorge zu tragen, daß die Permeationstemperatur an der Membran 2 und die Temperatur in den Meßwertaufnehmern 4 und 5 auf gleichem Niveau gehalten oder bei unterschiedlichen Temperaturen der Temperatureinfluß elektrisch kompensiert wird.
Im ersteren Fall können die Meßwertaufnehmer 4 und5 in oder an der Meßzelle 1 angeordnet werden. Andernfalls sind mittels der Thermometer 15 und 16 (Figur 4 und Figur) die Temperaturen an der Membran 2 und in dem Meßwertaufnehmer 4 oder 5 zu messen und das dem CO2-Gehalt proportionale Ausgangssignal der Meßeinrichtung entsprechend dem Temperaturgradienten zu korrigieren.
Zusammenfassung Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in Flüssigkeiten Bei einer Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in Flüssigkeiten ist in einer Meßzelle (1) eine gaspermeable Membran (2) angeordnet, die auf einer Seite von der gelöstes C02 enthaltenden Probenflüssigkeit, auf der anderen Seite von einer neutralen oder basischen Meßflüssigkeit beströmt wird.
Im Leitungsweg der Meßflüssigkeit ist vor der permeablen Membran ein erster Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer (4), nach der permeablen Membran ein zweiter Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer (5) angeordnet. In einer Schaltungsanordnung wird die Differenz der Ausgangs signale der Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer gebildet, die dem C02-Gehalt der Probenflüssigkeit proportional ist. (Fig. 1)

Claims

Patentansprüche 1.) Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Gehalts an gelöstem Kohlendioxyd in FlüssigReiten, g e k e n n -zeichnet durch a) eine in einer Meßzelle (1) angeordnete gaspermeable Membran (2), die auf einer Seite von der gelöstes CO2 enthaltenden Probenflüssigkeit (PF), auf der anderen Seite von einer neutralen oder basischen Meßflüssigkeit (MF) beströmt wird, b) einen im Leitungsweg der Meßflüssigkeit (MF) vor der permeablen Membran (2) angeordneten ersten Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer (4), c) einen im Leitungsweg der Meßflüssigkeit nach der permeablen Membran (2) angeordneten zweiten Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer (5), d) eine Schaltungsanordnung zur Bildung der vom C02-Gehalt abhängigen Differenz der Ausgangssignale (s4, s5) der Leitfähigkeits-Meßwertaufnehmer (4 und 5).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die neutrale Meßflüssigkeit im Kreislauf geführtes, aufbereitetes hochreines Wasser niedriger Grundleitfähigkeit ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der permeablen Membran (2) 1 bis 25 /um, vorzugsweise 2 bis 5 /um, beträgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (2) schlauchartig ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (2) scheibenförmig ausgebildet und von einer Siebplatte (3) mechanisch gestützt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (2) in der Stirnfläche einer in die Probenflüssigkeit (PF) tauchenden Sonde (11) angeordnet ist und daß die Meßflüssigkeit (MF) über ein oberhalb der Membran (2) mündendes koaxiales Rohr zugeführt ist.