DE3217339A1 - Verfahren zur bestimmung des feuchtigkeitsgehaltes von gasen - Google Patents
Verfahren zur bestimmung des feuchtigkeitsgehaltes von gasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft an Verfahren zur Bestimmung des
Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen.
Die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von feuchten Gasen, insbesondere Gasgemischen, ist vor allem bei höheren Temperaturen
apparativ und zeitlich aufwendig und zum Teil ungenau. Andererseits ist bei vielen technischen Prozessen,
wie z.B. bei der Trocknunf von Gasen oder der Gasfeuchtigkeitskontrolle
bei Prodi ^ionsvorgängen, eine , , ,
schnelle und unmittelbare Gasfe .^emessung erwünscht,, um
regelnd in den Prozeß eingreife, ι können.
Zur Feuchtemessung von Gasen sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die von der gravimetrischen Methode über
hygrometrische und Taupunktmessungen bis zur Infrarotspektrometrie
reichen. Die Anwendbarkeit dieser Methoden ist allerdings meistens auf einfache Fälle beschränkt"und von
der Einhaltung sehr einschränkender Meßbedingungen abhangig. Zum Beispiel verlangen die sogenannten Sättigungsverfahren
und Verdunstungsverfahren sehr genaue Messungen der
Temperaturen, die sich aufgrund der Gas.feuchtigkeit im^
Zuge der Messung einstellen. Bei sogenannten Elektrolyse-Hygrometern
besteht eine relativ starke Beeinflussung -des Elektrolyten durch eine Vielzahl unverträglicher Gäsbestandteile.
Infrarothygrometer arbeiten zwar relativ genau fund.;.
schnell, doch sind Gasanalysatorer dieses Typs relativ,
teuer. Haar-Hygrometer sind relativ träge und die-Anzeigegeschwindigkeit
ist zudem stark meßwert- und temperatur--,-'.
abhängig. · \ „ j?-.-.'■-'-''U \'ii-M
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 'zur Bestimmung der Feuchtigkeit »en Gasen zu schaffen, welches
gegen Umwelt- und Meßeinfl '"".se möglichst unanfällig
ist. Hierbei sind unter Umwelten Kissen auch die Tempera—
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türen und die Zusammensetzung des zu messenden Gases und
unter Meßeinflüssen die konkreten Bedingungen, die bei der Messung einzuhalten sind, zu verstehen. Es versteht sich,
daß ein solches Verfahren möglichst genau arbeiten und mit kurzen Meß- und Auswertezeiten auskommen soll.
Ganz allgemein bedient sich die Erfindung bei der Konzentrationsbestimmung
einer Gaskomponente, insbesondere des Wasserdampfes, eines Umweges, indem die Konzentration einer
anderen, recht leicht meßbaren Gaskomponente des Gasgemisches zweimal gemessen und zwischen den beiden Messungen
diejenige Gaskomponente aus dem Gasgemisch entfernt wird, welche eigentlich bestimmt werden soll; dieses Entfernen
ist durch Kondensation, Absorption und jede andere Methode realisierbar, welche es gestattet, ausschließlich diejenige
Komponente aus dem Gasgemisch zu entfernen, deren Konzentration in Ergebnis bestimmt werden soll. Es versteht
sich, daß das Entfernen möglichst vollständig geschehen soll und alle anderen Gaskomponenten in dem Gasgemisch
verbleiben. Insbesondere löst die Erfindung die vorerwähnte Aufgabe dadurch, daß die Konzentration einer
Komponente (Meßgas) des Gases bzw. Gasgemisches zum einen im unbehandelten (Feuchtgas) und zum anderen im getrockneten
Gas (Trockengas) gemessen und der Feuchtigkeitsgehalt des Feuchtgases aus den beiden Meßgaskonzentrationen bestimmt
wird. Diese Bestimmung erfolgt bevorzugt nach der beispielhaften Beziehung
°2 trocken Vol--# "°2 feucht701'"*
HpO Vol.-96 = ·
°2 trocken Vo1-*
für H2O als zu bestimmende Gaskomponente und O2 als Meßgas,
wobei sich "feucht" und "trocken" auf die Konzentration vor und nach der HpO-Entfernung beziehen.
Demnach wird die - wie erwähnt - relativ schwierige Feuchtigkeitsmessung
eines Gases bzw. Gasgemisches auf die Messung einer der in diesem Gas vorhandenen Gaskomponenten
(Meßgas) verlegt. Hierzu wählt man ein solches Meßgas, welches unter den Meßbedingungen (Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung)
möglichst einfach und auf direktem Wege, also ohne gesonderte Probeentnahme analysiert werden kann,
und man bedient sich hierzu einer für diese Meßbedingungen geeigneten Methode. Im zweiten Schritt wird das Gas,
dessen Feuchtigkeit zu bestimmen ist, getrocknet und sodann die Konzentration des Meßgases in diesem getrockneten
Gas erneut gemessen. Das Trocknen kann dabei auf die verschiedensten bekannten Weisen durch Auskondensieren, mit
Trocknungsmitteln oder ähnlich erfolgen. Für die Konzentrationsmessung im Trockengas kann grundsätzlich auch eine
andere Meßmethode als bei der Feuchtgasmessung verwendet werden, was sich dann empfiehlt, wenn die Trockengasmessung
auf diese Weise vereinfacht wird. Die abschließende Berechnung der Feuchtigkeit des zu messenden Gases aus den
mit dem Meßgas gewonnenen Ergebnissen ist relativ einfach, weil durch den Fortfall des Wasserdampies als Komponente
des Ausgangsgases eine Konzentrationsverschiebung des Meßgases eintritt, welche mit der Wasserdampfkonzentration
des Ausgangsgases durch die oben erwähnte mathematische Beziehung verknüpft ist.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine relativ schwierige Konzentrationsbestimmung, wie die der Gasfeuchte, durch eine vergleichsweise
einfachere Konzentrationsbestimmung umgangen werden kann, und obendrein bei geeigneter Auswahl des Meßgases
und der Meßmethode das Feuchtgas auf direktem Wege, d.h. ohne Probennahme untersucht werden kann.
Sauerstoff als Meßgas hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, weil es geeignete Meßverfahren gibt., den Sauerstoffgehalt eines Gasgemisches auch in feuchten Gasen
exakt zu bestimmen. Außerdem ist Sauerstoff in einer Vielzahl industriell verwendeter Gasgemische vorhanden,
so daß von daher ein weites Anwendungsgebiet für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Analysengerät
gegeben ist. Es ist auch denkbar, den Sauerstoff - oder jede andere als Meßgas verwendete Gaskomponente - dem Ausgangsgasgemisch
für reine Meßzwecke, ζ.B, in einem Bypass zuzudosieren bevor die erste Konzentrationsmessung an dem
noch feuchten Gas erfolgt.
Prinzipiell ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration durch eine paramagnetische Sauerstoffmessung vorzunehmen,
da diese Meßmethode - wie sie z.B. im Servomexsauerstoffanalysator verwendet wird (Handbuch der industriellen Meßtechnik,
ESSE, 1974,' S. 586-589) - gegen Wasserdampf relativ unempfindlich ist und deshalb relativ genaue Messungen
am Feuchtgas möglich sind.
Besonders einfach und für direkte Feuchtgasmessung ohne
gesonderte Probenentnahme haben sich Festkörper-Elektrolyt-Meßzellen erwiesen, da die mit ihnen gewonnenen Meßergebnisse
von der Gasfeuchte praktisch unabhängig sind. Solche Festkörper-Elektrolyt-Meßzellen sind vor allem mit einer
Membran aus z.B. Zirkonoxid für sehr genaue Sauerstoffkonzentrationsmessungen bei hohen Temperaturen geeignet;
sie haben aufgrund der logarithmischen Abhängigkeit des Meßsignales von der Meßgaskonzentration den Vorteil einer hohen
Genauigkeit über weite Konzentrationsbereiche. Das Meßsignal bei den Festkörper-Elektrolyt-Meßzellen ist eine
Spannung zwischen zwei flächigen Gitter-Elektroden auf beiden Seiten der aus dem Festkörper-Elektrolyten gebildeten
Membrane, die auf ihrer einen Seite von dem zu messenden
Gasgemisch und auf der anderen Seite von einem Vergleichsgasgemisch bespült wird, welches ebenfalls die zu bestimmende
Gaskomponente in bekannter Konzentration enthält.
Die Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung des Meßgases kann durch Verwendung von Vergleichsgasen mit unterschiedlichen
Meßgaskonzentrationen gesteigert werden; hierzu wird die Konzentration der Meßgaskomponente im
Vergleichsgas in etwa derjenigen Größenordnung vorgewählt, wie sie der etwa erwarteten Meßgaskonzentration im Ausgangsgas
entspricht.
Wegen der höheren Ansprechgenauigkeit von Festkörper-Elektrolyt-Meßzellen
bei höheren Temperaturen empfiehlt sich die Beheizung·der Meßzelle bei der Konzentrationsbestimmung an relativ kalten Gasen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben' sich aus der Beschreibung eines Beispieles anhand der
beiliegenden Zeichnung. Darin ze'gt die einzige Figur eine
schematische Darstellung des erfindungcgemäßen Meßvorganges.
In einer, ein sauerstoffhaltiges Ausgangsgas - dessen Feuchtigkeit
zu bestimmen ist - führenden Rohrleitung 1 sind eine Meßsonde 2 für Feuchtgasmessungen und eine weitere Meßsonde
3 für Trockengasmessung im direkten Kontakt mit dem Gasstrom angeordnet. Die Feuchtgas-meßsonde weist einen
als gasdichte Membran 4 ausgebildeten Festkörper-Elektrolyten aus z.B. tonstabilisiertem, mit CaO oder MgO dotiertem
Zirkondioxid auf, welche nur auf einer Seite mit dem Feuchtgas bespült wird, während eine gegenüberliegende Membranseite
mit einem Vergleichsgas bekannter Zusammensetzung bespült wird. Platin-Elektroden 5 und 6 auf beiden Oberflächen
der Membran 4 greifen die sich einstellende Potentialdifferenz
zwischen beiden Oberflächen ab und führen sie einem geeigneten Anzeigegerät 7 für Sauerstoffkonzentrationen
zu.
Die Trockengasmeßsonde 3 weist Öffnungen 8 für das Abzweigen von Analysegas auf, welches nachfolgend gereinigt und
anschließend gekühlt wird, so daß alle Feuchtigkeit auskondensiert, bevor die Sauerstoffkonzentration in z.B. einem
Infrarotanalysegerät ermittelt wird. Hierzu dienen: ein Grobfilter 9, eine Waschflasche 10, eine Kalibrierluftzuführung
11, eine Pumpe 12, ein Strömungsmeßgerät 13 für überschüssiges Meßgas, ein Kühlaggregat 14 zum Auskondensieren
der Feuchtigkeit, ein Kalibriergasanschluß 15, eine Trocknungsform 16, ein Meßdruckmanometer 17 sowie ein Sauerstoff
analysator 18, z.B. vom Typ Magnos. Die 02-Konzentrationen
des feuchten oder trocknen Gases werden an einen Komparator 19 weitergeleitet, der entsprechend der oben
erwähnten mathematischen Beziehungeitiirekt die Wasserdampfkonzentration
im Ausgangsgas anzeigt und auch die mit einem Thermoelement 20 gemessene Feuchtgastemperatur
berücksichtigt.
Claims (7)
1.'Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von
Gasen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration einer Kc .ponente (Meßgas) des Gases zum einen im unbehandelten (Feuchtgas) und zum anderen im getrockneten Gas (Trockengas) gemessen und der Feuchtigkeitsgehalt des Feuchtgases aus den beiden Meßgaskonzentrationen bestimmt wird.
daß die Konzentration einer Kc .ponente (Meßgas) des Gases zum einen im unbehandelten (Feuchtgas) und zum anderen im getrockneten Gas (Trockengas) gemessen und der Feuchtigkeitsgehalt des Feuchtgases aus den beiden Meßgaskonzentrationen bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, geken.η zeichnet durch Sauerstoff als Meßgas.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g. ekennzeiclr net durch eine Festkörper-Elektrolyt-Meßzelle
zumindest für die Bestimmung der Meßgaskonzentrationen i Feuchtgcs.
COPY
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Bestiinmung der Meßgaskonzentr.ation mittels
einer Membran ausj Zirkonoxid.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Verwendung von Vergleichsgasen mit
unterschiedlichen. Meßgaskonzentrationen.
6. Verfahren na-ch einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch Beheizung
der Meßzelle.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßgas erst vor der Konzentrationsmessung am Feuchtgas diesem zugemischt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823217339 DE3217339A1 (de) | 1982-05-08 | 1982-05-08 | Verfahren zur bestimmung des feuchtigkeitsgehaltes von gasen |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE3217339A1 true DE3217339A1 (de) | 1983-11-10 |
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ID=6163082
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|---|---|---|---|
| DE19823217339 Withdrawn DE3217339A1 (de) | 1982-05-08 | 1982-05-08 | Verfahren zur bestimmung des feuchtigkeitsgehaltes von gasen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3217339A1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3802283A1 (de) * | 1988-01-27 | 1989-08-10 | Rheinische Braunkohlenw Ag | Verfahren zur bestimmung von aenderungen des o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-gehaltes von staubbeladenen trocknungsbrueden |
| EP0541264A2 (de) * | 1991-11-04 | 1993-05-12 | The Boc Group, Inc. | Verfahren zur Messung einer augenblicklichen Feuchtigkeit und zur Feststellung der Trocknungseigenschaften einer Umgebung |
| DE102008007318A1 (de) | 2008-02-02 | 2009-08-20 | Enotec Gmbh, Prozess- Und Umweltmesstechnik | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases |
-
1982
- 1982-05-08 DE DE19823217339 patent/DE3217339A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3802283A1 (de) * | 1988-01-27 | 1989-08-10 | Rheinische Braunkohlenw Ag | Verfahren zur bestimmung von aenderungen des o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-gehaltes von staubbeladenen trocknungsbrueden |
| EP0541264A2 (de) * | 1991-11-04 | 1993-05-12 | The Boc Group, Inc. | Verfahren zur Messung einer augenblicklichen Feuchtigkeit und zur Feststellung der Trocknungseigenschaften einer Umgebung |
| EP0541264A3 (en) * | 1991-11-04 | 1996-03-13 | Boc Group Inc | Method of performing an instantaneous moisture concentration measurement and for determining the drydown characteristics of an environment |
| DE102008007318A1 (de) | 2008-02-02 | 2009-08-20 | Enotec Gmbh, Prozess- Und Umweltmesstechnik | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases |
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