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Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM !.SEPTEMBER 19#

,REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 421 GRUPPE

Chemische Industrie Karlsruhe G. m. b. H. in Karlsruhe i. B.

Verfahren und Apparat zur fortlaufenden Untersuchung von Gasgemischen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Februar 1919 ab.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und ein Apparat zur fortlaufenden Untersuchung von Gasgemischen.

Der Zweck der Erfindung liegt darin, eine fortlaufende Anzeige der Zusammensetzung des Gemisches zu ermöglichen, und zwar auf dynamischer Grundlage, so daß mit einem beliebig großen Verbrauch an Prüfungsgasgemisch und darum äußerst rasch gearbeitet

ίο werden kann, ohne den bei älteren Apparaten vorhandenen Zwäng zur mehr oder minder häufigen Erneuerung von Absorptionsflüssigkeiten u. dgl.

' Von den bekannten, gleichfalls auf dynämischer Grundlage beruhenden Verfahren unterscheidet sich das neue Verfahren dadurch, daß das zu, untersuchende Gas durch . zwei ungleichartige Durchströmungsorgane (Kapillare und Düse) nacheinander durchgeleitet wird, so daß gleichzeitig zwei Eigenschaften des Gases, nämlich die Zähigkeit (Kapillare) und das spezifische Gewicht (Düse) für die Messung nutzbar gemacht werden.

Der zwischen Kapillare und Düse sich einstellende Differentialdruck kann mittels eines gewöhnlichen offenen Manometers gemessen werden, das im Gegensatz: zu den für ahn-· liehe Zwecke bekannten beiderseits geschlos-

senen, zum Schreiben umständiieher Hilfsvorrichtungen benötigenden Manometern mittels eines einfachen Schwimmers an der offenen Seite des Manometers mit einem Schreibstift verbunden werden kann.

Aus diesem neuen Untersuchungsprinzip ergeben sich auch weiter unten noch zu besprechende besonders einfache Möglichkeiten zur automatischen Kompensation des Versuchsdruckes sowohl wie der wechselnden Temperatur und des wechselnden Arbeitsdruckes. -';■'. ':

Auf der Zeichnung ist ein zur Ausführung des neuen Verfahrens geeigneter Apparat schematisch dargestellt.

Fig. ι zeigt das Prinzip des neuen Verfahrens,

Fig. 2 die Gesamtanordnung des Apparates.

i. Prinzip. . ,

. Saugt man durch ein Aggregat (Fig. i), das aus einer Düse α und einer Kapillare b besteht, Gas, ζ. Β. atmosphärische Luft, so entsteht bei C eine Druckdifferenz als Funktion der Widerstände von α und b, und es gilt die Beziehung: ' ^;

Wechselt man nun unter sonst gleichbleibenden Bedingungen die Gaszusammensetzung, d.h. mischt man z. B. der Luft mehr oder weniger Kohlensäure zu, so ändern sich auch die Widerstände mehr oder weniger an der Düse als Funktion der Dichte, an der Kapillare hingegen als Funktion der Zähigkeit. Der Differentialdruck C wird dabei um

dC = df {a, b)

verändert. Die Druckänderung C -{- dC kann durch ein bei D angeschlossenes Manometer abgelesen oder fortlaufend aufgeschrieben werden.

2. Ausführungsform.

Das zu untersuchende Gas tritt,, nachdem es vorher ein Grobfilter, das/auf der Zeich-· nung weggelassen ist, durchströmt hat, bei χ in das Feinfilter F₁, das es_f bei y verläßt. Dann durchströmt es die Kapillare K₁ und die Düse D₁ und wird nach c unter dem Druck P₁, den der Unterdruckapparat;U erzeugt, .,ab-.

ίο gesogen. Die Wirkung dieses letzteren sehr einfachen und zuverlässigen Apparates- ist aus der Zeichnung ohne weiteres zu erkennen. Der zwischen K₁ und "D₁ entstehende Differentialdruck p₂ wird von dem Manometer M₁ N₁ gemessen. Die Druckänderungen überträgt der Schwimmer S₁, auf dessen Konstruktion noch zurückgekommen wird, aufdie Schreibtrommel.

In den einleitenden Ausführungen ist stillschweigend angenommen worden, daß die Temperatur des Versuchsgases und der Druck, unter dem es steht, sowie der Arbeitsdruck sich nicht ändern. Nun aber bleibt der Druck, unter dem das Versuchsgas sich befindet, selten konstant; bei Feuerungsgaseri z. B. hat man den stets wechselnden Schornsteinzug. Dieser Druck, der p_z heißen soll, wird noch vergrößert durch die Widerstände der Reinigungsfilter. In dem Aggregat K₁ D₁ wird er auf den Druck dp_s - differenziert, so daß der Gesamtdifferentialdruck : ■ '

P* +dp*

sich ergibt. Um diesen Druck dp_s zu korn-' pensieren, ist bei 3/ ein Ausgleichapparat angebracht:, der aus zwei Widerständen W₁ lind W₂ besteht, welche so bemessen sind, daß die bei / eingesaugte Luft ebenfalls auf den Druck dp₃ differenziert wird. Die Leitung g führt weiter zum Ausgleichmanometer h, das" in der Weise arbeitet, daß jeder Druck dp_s, der auf das, Niveaugefäß N₁ wirkt, durch, den Gegendruck dp_s im Ausgleichmanometer h kompensiert wird. Dieses Manometer ist zweckmäßig in den Schwimmer S₁ eingebaut. Die Wirkungsweise ist . aus der Zeichnung leicht zu erkennen. Dieser Differentialdruck wirkt durch die Leitung g auf das Ausgleichsmanometer h im Schwimmer S₂. Die Widerstände W₁ und W₂ sind nun so bemessen, daß der entstehende Differentialdruck mit Hilfe des Ausgleichmanometers den Schwimmer S₂ um den gleichen Betrag zum Sinken bringt, wie der Druck dp_z den Schwimmer S₁. Die weitere Kompensation erfolgt durch Zusammenstellung der Ausschläge, die im folgenden bei der Temperaturkompensation beschrieben ist. Die Ausgleichwiderstände W₁ und W₂ sind sehr eng, und der Versuchsdruck p_z ist nie groß (bei Feuerungsgasen ζ. Β.,-;=—2 bis —8 am), so daß die zum VersÜchsgas bei y hinzutretende Luftj menge verschwindend klein und zu vernachlässigen! ^:isi/?.besbnders^: noch im.Hinblick darauf, daß der. Arbeitsdruck P₁ um ein Vielfaches größer ist.

Das Aggregat Kapillare-Düse wird sehr stark von der Temperatur beeinflußt, weil der Ternperaturkoeffizient. für Zähigkeit ein ap-'derer istäls für die Dichte. Dieser Einfluß wird behoben, wenn man durch ein zweites Aggregat ein Vergleichsgas, z. ¹B. atmosphärische Luft, strömen läßt, das alber dieselbe Temperatur wie das Versuchsgas haben muß. Die Luft tritt bei i in das Filter F₂/ das in das Filter F₁ eingebaut ist, damit die' Temperait'uien sich ausgleichen können. Sie durchströmt alsdann den Apparat K₂D₂ und wird von dom Arbeitsdruck P₁ abgesogen. Der entstehende Differentialdruick />₄ wird durch das Manometer N₂M₂ gemessen.

Die Manometer M₁ und M₂ erlauben nun, durch Zusammenstellung ihrer Ausschläge den Einfluß der Temperatur zu eliminieren. Dies kann technisch z. B. folgendermaßen erfolgen.·

Der Schwimmer S₂ ist., am Aufhängepunkt η der Rolle m befestigt. Der Schwimmer S₁ steht im Gleichgewicht mit den Gewichten I und t und hängt an der Rolle p; von da führt die Kette einesteils über die Rollen q und r zum Schreibstift, andernteils über die · Rol'len 0 .Und s zum Gewicht I. s ist mit der Rolle m fest verbunden. Hebt- sich nun infolge, von Temperaturänderung der Schwimmer S₁, so fällt das Gewicht I um das Doppelte; gleichzeitig wird die Kette, an der ^₂ hängt, ebenfalls aber nur um die Hälfte angezogen, weil S₂ nur einfach aufgehängt ist. Bei diesem Ausgleich .bewegen sich also nur die Rollen 0 und s. Der Schreibhebel ändert seine Lage nicht, weil die Gewichte I und t entsprechend ausgeglichen sind. .

Auf diese Art und Weise wird auch der oben beschriebene Einfluß des Versuchsdrückes' vollends kompensiert, sodann noch die allerdings kleinen Druckschwankungen, die entstehen, wenn die durch das Rohr e des Unterdruckapparates U eingesaugte Luftmenge wechselt. Es wird überhaupt auf diese Weise jede gleichartig gerichtete und gleichzeitig erfolgende Bewegung der Schwimmer S₁ and S₂ kompensiert. Der Arbeitsdruck P₁ kann daher in den Grenzen sich ändern, die 1x5 durch die Manometerkonstruktion gegeben sind. Die Flüssigkeitssäule braucht also nicht durch eine Überlaufvorrichtung konstant gehalten zu werden.

Das beschriebene Verfahren hat gegenüber den meisten bisher gebräuchlichen Verfahren den Vorzug, daß es ohne vorherige Verände-

Claims

rung des zu untersuchenden Gasgemisches (Absorption, Verbrennung) eine Charakterisierung desselben, ermöglicht. Es können folglich auch Gasgemische untersucht werden, die "keinen chemisch oder physikalisch leicht veränderlichen Bestandteil enthalten.

Das- Verfahren ermöglicht' außerdem eine fortlaufende Anzeige im Gegensatz zu den gebräuchlichen Apparaten, dabei gestattet es

ίο eine äußerst rasche Anzeige, weil ein beliebig großer Konsum .genommen werden kann im Gegerisatz zu den Verfahren mit'Absorption. ' Letztere'" sind an einen' verhältnismäßig, .kleinen Konsum gebunden, um das Absorptionsmittel,''nicht allzuoft erneuern zu müssen.

Bei' gasanalytischen Verfahren ist es bereits bekannt, die Versuchsanordnung in der Weise zu verdoppeln, daß der eine Teil vom Untersuchungsgas, der zweite Teil von einem Vergleichsgas, z. B. Luft, beeinflußt wird, und daß beide Teile von atmosphärischer Luft umgeben sind, so daß Temperaturunterschiede sich aufheben. Nach dem älteren Vorschlage aber geschieht dies' in anderer Art, zu anderem Zweck und unter Benutzung anderer Konstanten des Gases als bei dem neuen Ver-. fahren. Bei der neuen Einrichtung ergibt sich-gerade d'ürch das Zuisammenspiel mit dem den ;, Hauptgedanken der Erfindung verkörpernden Aggregat aus Kapillare, Düse und Manometer ein weitaus einfacherer und zuverlässigerer Aufbau als bei den älteren Apparaten, worauf es bei fortlaufender Betriebskontrolle ganz besonders ankommt. :

_, X Patent-Ansprüche:

. ι. Verfahren und Apparat zur fort-„ laufenden Untersuchung von Gasgemischen auf dynamischer Grundlage

mittels Durchfuhrung des Gases durch Durchströmungsorgane, wie Düsen oder Kapillaren, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Ga_-S nacheinander mit Hilfe einer Druckdifferenz durch ein Aggregat, das aus- einer Kapillare (^₁) '■und,, einer. D'üse (D₁)' besteht, bewegt wird, und daß^; der' zwischen diesen entstehende piffereritiäidi'Uck fortlaufend aufgeschrieben wird. ^:
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Ausgleichsapaprates, der aus zwei Widerständen (W_r,nna W₂) und einem in den Schwimmer, eines Flüssigkeitsmanometers eingebauten Manometer (h) besteht, der Versuchsdruck, unter dem das Gas sich befindet, automatisch .kompensiert wird.
3! Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,. daß sowohl die Temperatur als auch der wechselnde Arbeitsdruck selbsttätig ausgeglichen werden, indem mit Prüfgasstrom ein Luftstrom zum ausgleichenden Wärmeaustausch gebracht und dann ebenfalls durch ein aus Kapillare (K₂) und Düse (D₂) bestehendes Aggregat geleitet wird, dessen Manometer (N₂M₂S₂) mit dem Prüfgasmanometer (N₁ M₁ .S₁) durch Schnurzüge o. dgl. derart verbunden ist, daß das von beiden Manometern abhängige Schreibwerk (S) nur durch selbständige Schwankungen des Gasmanometers, nicht aber durch gleichartige und gleichzeitige Schwankungen beider Manometer beeinflußt wird.
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4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- und Gasfilter (F₁, F₂) zwecks Wärmeausgleichs ineinandergebaut sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.