DE4439715C2 - Method and device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid - Google Patents
Method and device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit, insbesondere von Kohlendioxyd CO2 in Getränken, wobei die Flüssigkeit über die Retentatseite einer für das gelöste Gas zumindest teilweise durchlässigen Membran geleitet wird, und eine Vorrichtung zur Ausführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid, in particular carbon dioxide CO 2 in beverages, the liquid being passed over the retentate side of a membrane which is at least partially permeable to the dissolved gas, and a device for carrying out such a method .
Es ist allgemein bekannt, daß einige Getränke, die in Dosen oder Flaschen abgefüllt werden, beispielsweise Cola, Limonade oder Mineralwasser häufig Kohlendioxyd in gelöster Form aufweisen. Bei der Herstellung wird dabei so vorgegangen, daß vor der Abfüllung des Getränkes in Flaschen, Dosen oder dgl. das Getränk mit einer defi nierten Menge gasförmigen Kohlendioxyds beaufschlagt wird, so daß ein Teil des Kohlendioxyds von dem Getränk aufgenommen wird. Es ist dabei zu beachten, daß der Gehalt des Kohlendioxyds in bestimmten Grenzen einge halten wird. Zum einen soll das Getränk beim Genuß noch eine ausreichende Menge Kohlendioxyd enthalten. Zum anderen darf das Getränk beim Öffnen des Behälters nicht überschäumen, was auf eine zu hohe Menge Kohlendioxyd zurückzuführen ist.It is common knowledge that some drinks that are in Cans or bottles can be filled, for example Cola, lemonade or mineral water often contain carbon dioxide have dissolved form. During the manufacturing process proceeded in such a way that before filling the beverage in Bottles, cans or the like. The drink with a defi nated amount of gaseous carbon dioxide so that part of the carbon dioxide from the drink is recorded. It should be noted that the The content of carbon dioxide is within certain limits will hold. On the one hand, the drink should still be enjoyed contain a sufficient amount of carbon dioxide. To the the drink must not be allowed to others when the container is opened foam up, which is due to a too high amount of carbon dioxide is due.
Die Konzentration muß beim Abfüllbetrieb überwacht und gegebenenfalls nachreguliert werden. Für die Bestimmung des Kohlendioxydgehaltes oder der Kohlendioxydkonzen tration sind Meßverfahren und Meßvorrichtungen bekannt, mit denen die Kohlendioxydkonzentration nur diskontinu ierlich ermittelt werden kann. Dazu werden im allge meinen Proben aus dem laufenden Produktionsprozeß entnommen und hinsichtlich ihrer Kohlendioxydkonzentra tion untersucht. Aufgrund des Ergebnisses wird die Kohlendioxyd-Dosierung beeinflußt. Diese diskontinuier liche Meßmethode hat den Nachteil, daß beispielsweise kurzfristige Schwankungen nicht erfaßt werden oder zu Fehlanalysen führen können, so daß auch bei häufigeren Messungen ein Ausschuß nicht vermieden werden kann. Insbesondere bei zu hoher Kohlendioxydkonzentration in der Flüssigkeit besteht die Gefahr, daß das Behältnis für den Endverbraucher beispielsweise bei höheren Temperaturen und/oder stärkeren Bewegungen platzt, wodurch eine Verletzungsgefahr der Benutzer nicht ausgeschlossen werden kann.The concentration must be monitored at the bottling plant and readjusted if necessary. For the determination the carbon dioxide content or the carbon dioxide concentration tration measuring methods and measuring devices are known, with which the carbon dioxide concentration is only discontinuous can be ascertained. In general my samples from the ongoing production process taken and with regard to their carbon dioxide concentration tion examined. Based on the result, the Carbon dioxide dosage affected. This discontinuous Liche measuring method has the disadvantage that, for example short-term fluctuations are not recorded or too Can lead to false analyzes, so that even more frequent ones Measurements a committee cannot be avoided. Especially when the carbon dioxide concentration is too high in the liquid there is a risk that the container for the end user, for example at higher ones Temperatures and / or strong movements burst, which means there is no risk of injury to the user can be excluded.
Aus der DE-OS 34 33 179 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum quantitativen Nachweis von Wasserstoff isotopen in einem Medium bekannt. Dabei wird die Durch lässigkeit bestimmter, auf der einen Seite mit einem Medium beaufschlagter Membranen, beispielsweise aus Nickel, für Wasserstoffisotope ausgenutzt. Dazu soll ein Partialdruckgefälle bezüglich der Wasserstoffisotope zwischen den beiden Seiten einer solchen Membran auf rechterhalten und es sollen hindurchdiffundierte Was serstoffisotope nachgewiesen werden. Das Partialdruck gefälle für die Wasserstoffisotope bezüglich der beiden Membranseiten soll durch Spülen der nicht mit dem Medium beaufschlagten Membranseite mit einem reinen Trägergas, beispielsweise einem Edelgas, aufrechterhalten werden und die von dem Trägergas mitgeführten Wasserstoffiso tope sollen in einem Meßgerät quantitativ nachgewiesen werden.DE-OS 34 33 179 is a method and Device for the quantitative detection of hydrogen known isotopes in a medium. The through casualness certain, on the one hand with a Medium loaded membranes, for example Nickel, used for hydrogen isotopes. To do this, a Partial pressure drop with respect to the hydrogen isotopes between the two sides of such a membrane keep right and what should diffuse through isotopes are detected. The partial pressure slope for the hydrogen isotopes with respect to the two Membrane sides should not be flushed with the medium loaded membrane side with a pure carrier gas, for example, an inert gas and the hydrogen iso carried by the carrier gas tops should be quantitatively detected in a measuring device become.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchem Verfahren bzw. welcher Vorrichtung eine zumindest näherungsweise kontinuierliche Messung der Konzentration eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases möglich ist.The invention has for its object a method and to provide an apparatus by which method or which device an at least approximately continuous measurement of the concentration of one in one Liquid dissolved gas is possible.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren derart gelöst, daß mittels einer Durchflußmeßeinrichtung der Volumenstrom des permeierten gelösten Gases auf der Permeatseite der Membran gemessen wird, daß die Tempe ratur der Flüssigkeit zur Ermittlung des Henrykoeffizi enten gemessen wird und daß aus diesen Werten die Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit berechnet wird.The object is achieved according to the invention by a method solved such that by means of a flow measuring device the volume flow of the permeated dissolved gas on the Permeate side of the membrane is measured that the tempe liquid for the determination of the Henry Koeffizi measured and that from these values the Concentration of the dissolved gas in the liquid is calculated.
Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß alle zu messenden Werte, nämlich der Volumenstrom einerseits und die Temperatur andererseits kontinuierlich erfaßt werden können, so daß beispielsweise durch die Verwendung einer Recheneinheit die Konzentration des CO2-Gehaltes in der Flüssigkeit nahezu kontinuierlich angegeben werden kann. This procedure has the advantage that all values to be measured, namely the volume flow on the one hand and the temperature on the other hand, can be recorded continuously, so that, for example, the concentration of the CO 2 content in the liquid can be indicated almost continuously by using a computing unit.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei vorgegebenen Membrankennwerten, nämlich der Permeabili tät für das Gas und der Membranfläche, der durch die Membran fließende Gasvolumenstrom als Maß für die Konzentration des Gases in der Flüssigkeit auf der Retentatseite der Membran herangezogen werden kann. Der Volumenstrom des Permeats, d. h. der Volumenstrom des gelösten Gases, hängt von der Permeabilität, der Mem branfläche und der treibenden Druckdifferenz über der Membran sowie der Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit auf der Retentatseite der Membran ab. Die Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit auf der Retentatseite, die für die Erzeugung des gemes senen Volumenstrom des gelösten Gases auf der Permeat seite erforderlich ist, hängt in einer für das jeweilige Stoffgemisch eindeutigen, von der Temperatur der Flüs sigkeit abhängigen Weise, nämlich über den Henryko effizient, von dem Druck auf der Retentatseite ab. Im einzelnen bedeutet dies, daß der gemessene Volumenstrom bei bekannter Temperatur ein Maß für die Konzentration des gelösten Gases auf der Retentatseite der Membran ist.The invention is based on the knowledge that at predetermined membrane parameters, namely the permeabili act for the gas and the membrane area, which by the Diaphragm flowing gas volume flow as a measure of the Concentration of the gas in the liquid on the Retentate side of the membrane can be used. The Volume flow of the permeate, d. H. the volume flow of the dissolved gas depends on the permeability, the mem branch area and the driving pressure difference over the Membrane and the concentration of the dissolved gas in the liquid on the retentate side of the membrane. The concentration of the dissolved gas in the liquid on the retentate side, which is responsible for the generation of the gemes volumetric flow of the dissolved gas on the permeate page required depends on one for each Substance mixture clear, from the temperature of the rivers dependent manner, namely about the Henryko efficient, depending on the pressure on the retentate side. in the individual this means that the measured volume flow a measure of the concentration at a known temperature of the dissolved gas on the retentate side of the membrane is.
Für die Funktion der Membran ist es unerheblich, ob die Flüssigkeit mit dem gelösten Gas über- oder unter- oder gesättigt ist. Auch muß der tatsächliche Druck auf der Retentatseite nicht erfaßt werden. Vielmehr wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ausgenutzt, daß eine bestimmte Konzentration des gelösten Stoffes auf der Retentatseite der Membran bei gegebener Temperatur einen bestimmten Volumenstrom des gelösten Gases durch die Membran bewirkt.For the function of the membrane, it is irrelevant whether the Liquid with the dissolved gas over or under or is saturated. The actual pressure on the Retentate side cannot be recorded. Rather, the Method used according to the invention that a certain concentration of the solute on the Retentate side of the membrane at a given temperature determined volume flow of the dissolved gas through the Membrane causes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Permeatseite der Membran mit einem Spülgas über strömt, daß die Konzentration des gelösten Gases im Spülgasstrom gemessen wird, daß von der Durchfluß meßeinrichtung der Volumenstrom des Gemisches aus permeiertem Gas und Spülgas gemessen wird und daß aus den gemessenen Werten der Volumenstrom des permeierten Gases auf der Permeatseite ermittelt wird. Diese Aus führungsform hat den Vorteil, daß auch geringe Volumen ströme des gelösten Gases auf der Permeatseite erfaßt werden können. Ferner wird auf diese Weise die treibende Druckdifferenz für die Permeation des gelösten Gases erhöht, da der Partialdruck des gelösten Gases auf der Permeatseite erniedrigt wird, so daß auch geringe Konzentrationen des gelösten Gases im Retentat, also in der Flüssigkeit, meßbar werden.In one embodiment of the invention it is provided that the permeate side of the membrane with a purge gas flows that the concentration of the dissolved gas in the Purge gas flow is measured by the flow measuring device the volume flow of the mixture permeated gas and purge gas is measured and that from the measured values of the volume flow of the permeated Gases is determined on the permeate side. This out leadership form has the advantage that even small volumes flows of the dissolved gas detected on the permeate side can be. It also becomes the driving force Pressure difference for the permeation of the dissolved gas increased because the partial pressure of the dissolved gas on the Permeate side is lowered, so that even low Concentrations of the dissolved gas in the retentate, i.e. in the liquid, become measurable.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spülgasstrom so eingestellt wird, daß die Konzentration des gelösten Gases in dem Spül gasstrom 1, 2% nicht übersteigt. Dies hat den Vorteil, daß herkömmliche Meßgeräte, beispielsweise IR-Photometer oder NDIR-Photometer, verwendet werden können. Ferner besteht ein Vorteil darin, daß der Partialdruck sehr klein gehalten wird, so daß er bei der Berechnung der Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit vernachlässigbar ist.In an advantageous embodiment of the invention provided that the purge gas flow is adjusted so that the concentration of the dissolved gas in the purge gas flow does not exceed 1.2%. This has the advantage that conventional measuring devices, for example IR photometers or NDIR photometer can be used. Further one advantage is that the partial pressure is very is kept small so that when calculating the Concentration of the dissolved gas in the liquid is negligible.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Membran von der Flüssigkeit mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit überströmt wird. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Membran von der Flüssigkeit mit einer an die Membraneigenschaften angepaßten Strömungsgeschwindigkeit überströmt wird. Dies hat den Vorteil, daß eine Konzentrationspolarisa tion, die eine Verfälschung der Meßergebnisse bewirken würde, niedrig gehalten werden kann. In a further embodiment of the method provided that the membrane from the liquid with is flowed over a predetermined speed. It can be provided that the membrane of the Liquid with a membrane properties adapted flow rate is overflown. This has the advantage that a concentration polarisa tion that falsify the measurement results would be kept low.
Die Geschwindigkeit kann beispielsweise 2-5 m/sec. betragen.The speed can be, for example, 2-5 m / sec. be.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es demnach möglich, eine kontinuierliche Messung der Konzentration des gelösten Gases in einer Flüssigkeit durchzuführen. Es ist daher beispielsweise bei der Versetzung von Getränken mit Kohlendioxyd möglich, daß die für die Auswertung der Meßwerte (Temperatur, Volumenstrom) verwendete Recheneinheit mit einer Steuereinheit in Verbindung steht, mit der die Dosiereinrichtung des Kohlendioxyds gesteuert werden kann. Es ist dadurch möglich, einen im wesentlichen geschlossenen Regel kreislauf für die Kohlendioxyd-Dosierung bei der Her stellung von Getränken zur Verfügung zu stellen.It is accordingly with the method according to the invention possible a continuous measurement of the concentration of the dissolved gas in a liquid. It is therefore, for example, for the transfer of Carbon dioxide beverages that are available for the Evaluation of the measured values (temperature, volume flow) used computing unit with a control unit in Connection is established with which the metering device of the Carbon dioxide can be controlled. It is because of it possible an essentially closed rule Circuit for carbon dioxide dosing at the Her provision of beverages.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere für die Durchführung des o. g. Verfahrens, weist einen von der Flüssigkeit durchströmbaren Meßbehälter, in dem eine von der Flüssigkeit überströmbare Membran angeordnet ist, die für das Gas zumindest teilweise durchlässig ist, ein Temperaturmeßmittel zum Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit, eine Durchflußmeßeinrichtung zum Erfassen des Volumenstromes des permeierten Gases auf der Perme atseite der Membran und eine Recheneinheit auf, mit der aus den erfaßten Werten der Henrykoeffizient und die Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit ermittelt werden kann. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Permeatseite der Membran mit einem Spülgas beauf schlagbar ist und ein Meßgerät vorgesehen ist, um die Konzentration des gelösten Gases in dem Spülgas zu ermitteln, wobei in der Recheneinheit aus den erfaßten Werten der Volumenstrom des gelösten Gases ermittelt wird. The device according to the invention, in particular for the Implementation of the above Procedure, one of the Liquid flowable measuring container in which one of the liquid overflow membrane is arranged, which is at least partially permeable to the gas Temperature measuring means for detecting the temperature of the Liquid, a flow measuring device for detection of the volume flow of the permeated gas on the perme side of the membrane and a computing unit with which the Henry coefficient and the Concentration of the dissolved gas in the liquid can be determined. It can be provided that flush the permeate side of the membrane with a purge gas is beatable and a measuring device is provided to the Concentration of the dissolved gas in the purge gas determine, in the computing unit from the detected Values of the volume flow of the dissolved gas determined becomes.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Meßbehälter im wesentlichen kanal förmig ausgebildet ist, um eine hohe Überströmgeschwin digkeit der Flüssigkeit über die Membran zu erhalten. Dabei kann der Meßbehälter beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein, so daß er in vorteilhafterweise ohne weiteres in das ohnehin vorhandene Rohrleitungssystem, beispielsweise der Getränkezubereitungsvorrichtung montiert werden kann. Um besonders hohe Überströmungen zu gewährleisten, kann vorgesehen werden, daß die Membran innerhalb des Meßbehälters in einem Strömungs kanal angeordnet ist, der gegenüber dem Querschnitt des Meßbehälters verengt ausgebildet ist.In an advantageous embodiment of the invention provided that the measuring container is essentially channel is shaped to a high Überströmgeschwin to maintain fluidity across the membrane. The measuring container can be tubular, for example be trained so that it advantageously without further into the existing piping system, for example the beverage preparation device can be assembled. For particularly high overflows to ensure it can be provided that the Membrane inside the measuring container in a flow channel is arranged, which is opposite the cross section of the Measuring container is narrowed.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Oberfläche der Membran, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Meßkanal ausgerichtet ist. Dadurch können vorteilhafter Weise Verwirbelungen und/oder Totwasserzonen vermieden werden, die eine Verfälschung der Meßergebnisse bewirken könn ten.In an advantageous embodiment, that the surface of the membrane is substantially parallel to the direction of flow of the liquid in the measuring channel is aligned. This can advantageously Turbulence and / or dead water zones are avoided, which can falsify the measurement results ten.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Membran aus einem CO2-permeablen Polymer, z. B. Silikon besteht. Diese Membran weist hinsichtlich des Kohlendioxydes die gewünschte Permeabilität auf. Wei terhin kann vorgesehen werden, daß das Polymer der Membran so ausgewählt wird, daß es gegenüber Reini gungsmitteln und bei Sterilisationstemperaturen bestän dig ist.In one embodiment of the invention it is provided that the membrane made of a CO 2 permeable polymer, for. B. silicone. This membrane has the desired permeability with regard to carbon dioxide. Wei terhin can be provided that the polymer of the membrane is selected so that it is cleansing agents and at sterilization temperatures resistant.
Es kann auch vorgesehen werden, daß gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Membran eine Compo site-Membran ist, die eine PEI (Polyehterimid)-Träger struktur aufweist. In Abwandlung dieser Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß die Trägerstruktur PVOF (Polyvinylidenfluorid) oder Torlon ist.It can also be provided that according to another Embodiment of the invention the membrane a Compo site membrane which is a PEI (polyehterimide) support has structure. In a modification of this embodiment can be provided that the support structure PVOF (Polyvinylidene fluoride) or Torlon.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßgerät für die Konzentration des gelösten Gases im Spülgas ein IR-Photometer oder ein NDIR-Photometer ist. Dieses Meßgeräte sind einfach zu handhaben und weisen eine hohe Meßgenauigkeit, bei spielsweise für geringe Kohlendioxydkonzentrationen, auf.In an expedient embodiment of the invention provided that the measuring device for the concentration of the dissolved gas in the purge gas an IR photometer or NDIR photometer is. These gauges are easy to use handle and have a high measurement accuracy for example for low carbon dioxide concentrations, on.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the schematic Drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vor richtung gemäß der Erfindung und Fig. 1 is a schematic block diagram of an on device according to the invention and
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vor richtung gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform. Fig. 2 is a schematic block diagram of an on device according to the invention in another embodiment.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum Messen der Konzentration eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases weist einen als Meßsensor ausgebildeten Meßbehälter 11 auf, der mit einem im wesentlichen rohrförmigen Meßkanal 12 versehen ist. Im Bereich der den Meßkanal 12 umge benden Wandung 13 ist eine Membran 14 angeordnet, die durch eine entsprechende Membranhaltevorrichtung 15 mit dem Meßbehälter 11 verbunden ist. Die Oberfläche der Membran 14 ist dabei im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Meßkanal 12 ausge richtet.The device 10 shown in FIG. 1 for measuring the concentration of a gas dissolved in a liquid has a measuring container 11 designed as a measuring sensor, which is provided with an essentially tubular measuring channel 12 . In the area of the measuring channel 12 surrounding wall 13 , a membrane 14 is arranged, which is connected by a corresponding membrane holding device 15 to the measuring container 11 . The surface of the membrane 14 is aligned essentially parallel to the direction of flow of the liquid in the measuring channel 12 .
Die der Flüssigkeit abgekehrte Seite (Permeatseite) 16 der Membran 14 steht mit einem Hohlraum 17 in Verbin dung, dessen Ausgang 18 mit einem Durchflußmesser 19 verbunden ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Volumenstrom des durch die Membran hindurchtretenden Gases, beispielsweise Kohlendioxyd, zu messen.The side facing away from the liquid (permeate side) 16 of the membrane 14 is connected to a cavity 17 , the outlet 18 of which is connected to a flow meter 19 . With this arrangement it is possible to measure the volume flow of the gas passing through the membrane, for example carbon dioxide.
Weiterhin ist in der Wandung 13 des Meßkanals 12 im Bereich der Membran 14 eine Meßeinrichtung 20 zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit angeordnet.Furthermore, a measuring device 20 for detecting the temperature of the liquid is arranged in the wall 13 of the measuring channel 12 in the region of the membrane 14 .
Der Signalausgang des Durchflußmessers 19 steht mit einer Signalleitung 21 und der Signalausgang der Tempe raturmeßeinrichtung 20 steht über eine Signalleitung 22 mit einer Recheneinheit 23 in Verbindung. In dieser Recheneinheit wird die Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit anhand der erfaßten Werte, nämlich Volumenstrom des permeierten Gasstromes einerseits und Temperatur der Flüssigkeit andererseits, berechnet. The signal output of the flow meter 19 is connected to a signal line 21 and the signal output of the temperature measuring device 20 is connected to a computing unit 23 via a signal line 22 . In this computing unit, the concentration of the dissolved gas in the liquid is calculated on the basis of the detected values, namely the volume flow of the permeated gas flow on the one hand and the temperature of the liquid on the other hand.
Beispielsweise ergibt sich die Konzentration von ge
löstem CO2 in Wasser bei dieser Meßanordnung aus:
For example, the concentration of dissolved CO 2 in water results from this measuring arrangement:
mit:
= Volumenstrom im m3/h
L = Permeabilität für CO2 m3 N/m2 hbar
A = Membranfläche m2
Pp = Permeatdruck bar
T = Temperatur °C
ρN = CO2-Dichte im Normalzustand (1,97 kg/m3)
cCO2 = Kohlendioxidkonzentration gCO2/lWasser
H = Henrykoeffizient m3 CO2/m3 W.barWith:
= Volume flow in m 3 / h
L = permeability for CO 2 m 3 N / m 2 hbar
A = membrane area m 2
Pp = permeate pressure bar
T = temperature ° C
ρ N = CO 2 density in the normal state (1.97 kg / m 3 )
c CO2 = carbon dioxide concentration gCO2 / l water
H = Henry coefficient m 3 CO2 / m 3 W. bar
In dieser Beziehung ist die Funktion H (T) (Henrykoef
fizient) von der Temperatur abhängig und lautet für ein
CO2-Wassergemisch:
In this regard, the function H (T) (Henry coefficient) depends on the temperature and is for a CO 2 -water mixture:
(II) H = 1,6431 - 0,059017 . T + 0,0012226 . T2 - 1.36E - 05 . T3 + 6.17E - 08 . T4
(II) H = 1.6431-0.059017. T + 0.0012226. T 2 - 1.36E - 05. T 3 + 6.17E - 08. M 4
Die Recheneinheit 23 ist mit einem Anzeigemittel 24 versehen, um die ermittelte CO2-Konzentration in der Flüssigkeit anzuzeigen. Es kann auch vorgesehen werden, daß der Signalausgang der Recheneinheit 23 über eine Signalleitung 25 mit einer Steuereinheit 26 in Verbin dung steht. Die Steuereinheit 26 kann beispielsweise mit einer CO2-Dosiereinrichtung 27 einer nicht dargestell ten Getränkezubereitungsanlage verbunden sein. Auf diese Weise ist es möglich, aus der gemessenen CO2- Konzentration unmittelbar die CO2-Dosierung bei der Zubereitung von Getränken zu regeln.The computing unit 23 is provided with a display means 24 in order to display the determined CO 2 concentration in the liquid. It can also be provided that the signal output of the computing unit 23 is connected to a control unit 26 via a signal line 25 . The control unit 26 can be connected, for example, to a CO 2 metering device 27 of a beverage preparation system, not shown. In this way it is possible to directly control the CO 2 dosage when preparing beverages from the measured CO 2 concentration.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 30 zum Messen der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit entspricht im wesentlichen der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1, so daß gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der Vorrichtung 30 gemäß Fig. 2 ist der Meßbehälter 11 im wesentlichen identisch zu dem Meßbehälter der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1. Hier ist jedoch vorgesehen, daß der Freiraum 17 auf der Permeat seite 16 der Membran 14 von einem Spülgas überströmt werden kann. Im einzelnen ist die Anordnung so getrof fen, daß die Membranhalteeinrichtung 15, die den Frei raum 17 auf der Permeatseite 16 der Membran 14 begrenzt, mit einer Zuleitung 31 für das Spülgas und mit einem Auslaß 32 für das Spülgas/Gas-Gemisch versehen ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das Spülgas im Gleichstrom zu der Flüssigkeit in den Meß kanal 12 geführt. Es ist natürlich auch möglich, daß das Spülgas im Gegenstrom oder Kreuzstrom zur Flüssigkeit geführt wird. Als Spülgas kann vorzugsweise Stickstoff verwendet werden.The device 30 shown in FIG. 2 for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid essentially corresponds to the device 10 according to FIG. 1, so that the same elements are provided with the same reference numerals. In the device 30 according to FIG. 2, the measuring container 11 is essentially identical to the measuring container of the device 10 according to FIG. 1. Here, however, it is provided that the free space 17 on the permeate side 16 of the membrane 14 can be overflowed with a purge gas. In detail, the arrangement is so trimmed that the membrane holding device 15 , which delimits the free space 17 on the permeate side 16 of the membrane 14 , is provided with a feed line 31 for the purge gas and with an outlet 32 for the purge gas / gas mixture. In the embodiment shown in Fig. 2, the purge gas is guided in cocurrent to the liquid in the measuring channel 12 . It is of course also possible for the purge gas to be passed to the liquid in countercurrent or crosscurrent. Nitrogen can preferably be used as the purge gas.
Der Ausfluß 32 für das Stickstoff-Gasgemisch ist mit einem Meßgerät 33 für die Erfassung der Konzentration des gelösten Gases in dem Spülgasstrom verbunden. Die Zuleitung 31 ist mit einer Durchflußmeßeinrichtung 34 für die Erfassung des Volumenstroms des Spülgases verbunden. Am anderen Ende der Zuleitung 31 ist eine Spülgasversorgung 35 sowie ein Filter 36 für das Spülgas angeordnet.The outflow 32 for the nitrogen-gas mixture is connected to a measuring device 33 for detecting the concentration of the dissolved gas in the purge gas stream. The feed line 31 is connected to a flow measuring device 34 for detecting the volume flow of the purge gas. At the other end of the feed line 31 , a purge gas supply 35 and a filter 36 for the purge gas are arranged.
Die Signalausgänge der Temperaturmeßeinrichtung 20, der Durchflußmeßeinrichtung 34 und der Konzentrationsmeßeinrichtung 33 stehen über Signallei tungen 37 mit einer Recheneinheit 38 in Verbindung, die aus den erfaßten Werten die Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit berechnet.The signal outputs of the temperature measuring device 20 , the flow measuring device 34 and the concentration measuring device 33 are connected via signal lines 37 to a computing unit 38 which calculates the concentration of the dissolved gas in the liquid from the detected values.
Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise die
Konzentration von gelöstem CO2 in Wasser wie folgt
ermittelt werden:
In this embodiment, for example, the concentration of dissolved CO 2 in water can be determined as follows:
Die Funktion H (T) entspricht der o. g. Funktion. Der Permeatdruck Pp kann hierbei vernachlässigt werden, da die Spülgasmenge vorzugsweise so eingestellt ist, daß der Partialdruck des Kohlendioxydes im Spülgasstrom relativ klein ist.The function H (T) corresponds to the above. Function. The Permeate pressure Pp can be neglected here because the amount of purge gas is preferably set so that the partial pressure of carbon dioxide in the purge gas flow is relatively small.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Durchflußmeßeinrichtung 34 in der Zuleitung 31 für das Spülgas angeordnet. Es ist natürlich auch möglich, daß die Durchflußmeßeinrichtung 34 hinter dem Auslaß 32 vor oder hinter der Konzentrationsmeßeinrichtung 33 ange ordnet ist.In the illustrated in Fig. 2, the flow meter 34 is arranged in the supply line 31 for the purge gas. It is of course also possible that the flow measuring device 34 is arranged behind the outlet 32 in front of or behind the concentration measuring device 33 .
Die Recheneinheit 38 weist ein Anzeigemittel 24 für die gemessene Konzentration des gelösten Gases in der Flüssigkeit auf. Selbstverständlich kann auch hier vorgesehen werden, daß der Signalausgang in entspre chenderweise über eine Signalleitung 25 mit einer Steuereinheit 26 in Verbindung steht, die die Dosier einrichtung 27, beispielsweise für die Zugabe von CO2 in einer Getränkezubereitungsanlage, steuert.The computing unit 38 has a display means 24 for the measured concentration of the dissolved gas in the liquid. Of course, it can also be provided here that the signal output is accordingly connected via a signal line 25 to a control unit 26 which controls the metering device 27 , for example for the addition of CO 2 in a beverage preparation system.
1010th
Vorrichtung
contraption
1111
Meßbehälter
Measuring container
1212th
Meßkanal
Measuring channel
1313
Wandung
Wall
1414
Membran
membrane
1515
Membranhalteeinrichtung
Membrane holding device
1616
Permeatseite
Permeate side
1717th
Freiraum
free space
1818th
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Durchflußmeßeinrichtung
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Signalleitung
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Signalleitung
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