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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung,
die zur Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
verwendbar ist, sowie ein Verfahren zur Anwendung dieser Vorrichtung.
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Technischer Hintergrund
der Erfindung
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In vielen Produktionsumgebungen besteht ein
Bedarf zur Entsorgung von Abgasströmen. Das einfachste und kostengünstigste
Entsorgungsverfahren ist zwar das Ablassen des Gasstroms in die
umgebende Atmosphäre,
aber ein solches Entsorgungsverfahren kann Umweltschäden verursachen und
in den Fällen,
wo der Abgasstrom organische Chemikalien enthält, gegen bundesstaatliche,
staatliche oder örtliche
Umweltschutzgesetze verstoßen. Es
ist daher ein übliches
Verfahren geworden, Abgasströme
durch einen Gaswäscher
zu leiten, um bestimmte organische Bestandteile aus dem Gasstrom zu
entfernen und ein sicheres Ablassen des Gasstroms in die Atmosphäre zu ermöglichen.
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Eine Vorrichtung, die gewöhnlich zum
Entfernen organischer Chemikalien aus einem Abgasstrom eingesetzt
wird, ist eine thermische Oxidationsvorrichtung. In einer typischen
thermischen Oxidationsvorrichtung wird der Abgasstrom mit einem
sauerstoffhaltigen Gasstrom kombiniert, z. B. mit Luft, und dann
durch eine Flamme geleitet, die durch Verbrennen eines Brennstoffs,
z. B. Erdgas, erzeugt wird. Durch diesen Prozeß werden die organischen Chemikalien
oxidiert und in Kohlendioxid und Wasser umgesetzt. Die thermische
Oxidationsvorrichtung wandelt auf diese Weise bestimmte organische
Chemikalien in umweltunschädliche
Chemikalien um, die sicher in die Atmosphäre abgelassen werden können. In
vielen modernen Produkti onsanlagen sind thermische Oxidationsvorrichtungen
permanent in Abgasleitungen installiert.
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Theoretisch und in der bevorzugten
Praxis kann eine thermische Oxidationsvorrichtung zwar alle oder
weitgehend alle unerwünschten
organischen Chemikalien in einem Abgasstrom oxidieren, aber in der
eigentlichen Praxis arbeitet die thermische Oxidationsvorrichtung
unter Umständen
nicht wie erwartet oder gewünscht.
Zum Beispiel kann der ankommende Abgasstrom zu schnell fließen, um eine
vollständige
Oxidation aller organischen Chemikalienkomponenten zu ermöglichen,
oder es kann ein unzureichender Kontakt zwischen dem Abgasstrom
und der Flamme bestehen. Es ist daher wünschenswert und oft gemäß Umweltschutzgesetzen erforderlich,
den Wirkungsgrad der thermischen Oxidationsvorrichtung regelmäßig zu überprüfen.
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Die US-Patentbeschreibung US-A-3
841 828A offenbart eine Anlage, die zur Bestimmung des Wirkungsgrades
der Dekontamination von virusbelasteten Gasen eingesetzt wird.
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Um den Wirkungsgrad einer thermischen Oxidationsvorrichtung
zu berechnen, muß man
ermitteln, in welchem Grade ankommende organische Chemikalien zu
Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden. Folglich muß man die
Massenströmungsgeschwindigkeit
bzw. Massendurchflussrate der in die thermische Oxidationsvorrichtung
eintretenden organischen Chemikalien kennen. Gewöhnlich, und nach Verfahren,
die von der United States Environmental Protection Agency (EPA)
(US-Umweltschutzbehörde)
dargelegt werden, wird an einer Stelle vor der Oxidation des Abgasstroms
in der thermischen Oxidationsvorrichtung, d. h. auf der Zuflußseite der
thermischen Oxidationsvorrichtung, eine Testchemikalie in einen
Abgasstrom eingebracht. Die Testchemikalie ist in den Gasstrom mit
einer bekannten und steuerbaren Massenströmungsgeschwindigkeit bzw. Massendurchflussrate
einzuleiten, die als die Massenströmungsgeschwindigkeit angenommen
wird, mit der die Testchemikalie in die thermische Oxidationsvorrichtung
eintritt.
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Wenn die Testchemikalie ein Gas ist,
kann man vernünftigerweise
annehmen, daß die
gemessene Geschwindigkeit bzw. Rate, mit der die Testchemikalie
auf der Einlaßseite
einer thermischen Oxidationsvorrichtung in den Gasstrom eintritt, gleich
der tatsächlichen
Geschwindigkeit bzw. Rate ist, mit der die Testchemikalie in die
thermische Oxidationsvorrichtung eintritt. Wenn jedoch die Testchemikalie
eine Flüssigkeit
ist, gilt die gleiche Annahme unter Umständen nicht. Zum Beispiel kann
nach dem Stand der Technik eine flüssige Testchemikalie mit einem Zerstäuber, der
innerhalb der Rohrleitung angebracht ist, die einen Abgasstrom in
die thermische Oxidationsvorrichtung leitet, in den Einlaß-Abgasstrom
eingespritzt werden. Dies ist als Sauggebläsetechnik zum Einleiten einer
flüssigen
Testchemikalie in einen Abgasstrom bekannt. Die Geschwindigkeit
bzw. Rate, mit der die flüssige
Testchemikalie durch den Zerstäuber
fließt,
kann zwar leicht überwacht
werden, aber nach Abschluß der
Wirkungsgradprüfung
stellt man unter Umständen
fest, daß die
Rohrleitungen) zwischen dem Zerstäuber und der thermischen Oxidationsvorrichtung
von Tröpfchen,
wenn nicht von Lachen, der flüssigen
Testchemikalie bedeckt ist (sind). In dieser Situation kann man
die gemessene Geschwindigkeit, mit der die flüssige Testchemikalie in die
Rohrleitung eingebracht wird, nicht als Basis für die Bestimmung des Wirkungsgrades
der Oxidationsvorrichtung verwenden, da diese gemessene Geschwindigkeit
offensichtlich weder gleich der Geschwindigkeit ist, mit der die
Testchemikalie tatsächlich
in die Oxidationsvorrichtung eintritt, noch eine bekannte Beziehung
zu dieser Geschwindigkeit aufweist.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich,
daß ein
dringender technischer Bedarf für
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum zuverlässigen Einleiten einer bekannten
und gesteuerten Durchflußmenge der
flüssigen
Testchemikalie in eine thermische Oxidationsvorrichtung besteht,
so daß der
Wirkungsgrad der thermischen Oxidationsvorrichtung genau bestimmt
werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Kurz gesagt, ein Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist eine Anordnung zur Prüfung des Wirkungsgrades einer
thermischen Oxidationsvorrichtung. Die Anordnung weist auf: (a)
einen Behälter, der
mindestens eine flüssige
Testchemikalie enthält; (b)
einen Verdampfer in Fluidverbindung mit dem Behälter zum Verdampfen der mindestens
einen flüssigen
Testchemikalie, um Testchemikaliendampf zu erzeugen; (c) eine thermische
Oxidationsvorrichtung zum Oxidieren organischer Komponenten in einem Gasstrom;
(d) ein Kanal in Fluidverbindung mit der thermischen Oxidationsvorrichtung,
um einen Abgasstrom in eine Einlaßseite der thermischen Oxidationsvorrichtung
einzuleiten, wobei der Kanal auch in Fluidverbindung mit dem Verdampfer
steht, um die Bildung eines ersten Gemischs aus dem Testchemikaliendampf
und dem Abgasstrom in dem Kanal zu ermöglichen, wobei das Gemisch
in eine Einlaßseite der
thermischen Oxidationsvorrichtung eintritt und aus einer Auslaßseite der
thermischen Oxidationsvorrichtung austritt, wodurch es in einen
Reingasstrom umgewandelt worden ist; (e) eine Einrichtung zur Messung
einer Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflussrate der vom Behälter
in den Verdampfer eintretenden, mindestens einen flüssigen Testchemikalie;
und (f) eine Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußrate des aus
der thermischen Oxidationsvorrichtung austretenden Testchemikaliendampfs
oder seines Oxidationsprodukts.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird
eine Vorrichtung bereitgestellt, die bei der Messung des Wirkungsgrades
einer thermischen Oxidationsvorrichtung verwendbar ist. Die Vorrichtung weist
auf: (a) einen Behälter,
der mindestens eine flüssige
Testchemikalie enthält;
(b) einen Verdampfer in Fluidverbindung mit dem Behälter zum
Verdampfen der mindestens einen flüssigen Testchemikalie, um Testchemikaliendampf
zu erzeugen; (c) eine Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflussrate der vom Behälter
in den Verdampfer eintretenden mindestens einen flüssigen Testchemikalie;
und (d) eine Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflussrate
des aus der thermischen Oxidationsvorrichtung austretenden Testchemikaliendampfs
oder seines Oxidationsprodukts.
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Die Erfindung stellt außerdem ein
Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: (a) Einleiten
mindestens einer ersten flüssigen
Testchemikalie mit einer gemessenen Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflussrate
in einen Verdampfer während
einer Zeitspanne; (b) Ver dampfen der Testchemikalie zur Bildung
von Testchemikaliendampf; (c) Einleiten des Testchemikaliendampfs
in einen Eintrittskanal einer thermischen Oxidationsvorrichtung,
wobei der Kanal einen Abgasstrom enthält, der mit dem Testchemikaliendampf
zu einem ersten Gemisch vereinigt wird; (d) Durchleiten des ersten
Gemischs durch den Eintrittskanal und Einleiten in eine Einlaßseite der
thermischen Oxidationsvorrichtung; (e) Messung der Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflussrate des aus einer Ruslaßseite der thermischen Oxidationsvorrichtung
austretenden Testchemikaliendampfs oder seines Oxidationsprodukts;
und (f) Berechnen des Wirkungsgrades auf der Basis der in den Schritten
(a) und (e) gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten
bzw. Durchflussraten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehende Zusammenfassung sowie die
folgende ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
besser verständlich,
wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
Zur Erläuterung
der Erfindung ist in den Zeichnungen eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform
dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf die
dargestellten genauen Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
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Gleich Bezugszeichen werden benutzt,
um überall
in den Zeichnungen gleiche Elemente zu bezeichnen. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wirkungsgradprüfgeräts, das auf
einem erfindungsgemäßen Gestell
montiert ist; und
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2 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
einer Einspritzdüse
des Wirkungsgradprüfgeräts von 1.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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In der nachstehenden Beschreibung
wird lediglich der Bequemlichkeit halber eine bestimmte, nicht als
Einschränkung
gedachte Terminologie benutzt. Die Wörter "oberhalb" und "unterhalb"
bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen
wird. Die Wörter
"zuflußseitig"
bzw. "abflußseitig"
bezeichnen die Strömungsrichtung
eines Gases in einem Strömungsweg,
d. h. ein Gas fließt vom
"zuflußseitigen"
Ende eines Kanals zum "abflußseitigen"
Ende eines Kanals. Die Terminologie schließt die oben ausdrücklich erwähnten Wörter, deren
Ableitungen und Wörter
von ähnlicher
Bedeutung ein.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren, die bei der Bestimmung des Wirkungsgrades einer
thermischen Oxidationsvorrichtung einsetzbar sind. Nachstehend werden
eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung
und ihre Funktionsweise zur Prüfung
des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung unter
Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert
. Die Vorrichtung 9 gemäß den 1 und 2 kann in den Testverfahren Nr. 18, 26A
und 7D der US-Umweltschutzbehörde (EPA)
zur Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
eingesetzt werden. Die Offenbarungen dieser EPA-Testverfahren werden
hier insgesamt durch Verweis einbezogen.
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1 zeigt
eine Plattform in Form eines Gestells 10, mit der andere
Komponenten der Vorrichtung direkt oder indirekt verbunden sind.
Eine bevorzugtes Gestell 10 weist eine Länge 12 von
etwa 1,83 m (6 Fuß),
eine Breite 18 von etwa 1,83 m (6 Fuß) und eine Höhe 22 von
etwa 0,305 m (1 Fuß)
auf. Das Gestell 10 enthält vorzugsweise Schlitze mit
einem Querschnitt von etwa 20 cm (8 Zoll) (nicht dargestellt) zur
Aufnahme der Arme eines Gabelstaplers, so daß die Gleitschiene 10 transportiert
werden kann. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung typischerweise
einige hundert Pfund wiegt, ist das Gestell 10 vorzugsweise aus
einem stabilen Material aufgebaut, wie z. B. einer Aluminiumplatte
von 6,4 mm (1/4 Zoll) Dicke. Ein solches Gestell kann von der Innofab
Corp., Norristown, PA, gebaut werden.
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Der Fachmann wird aus der vorliegenden
Offenbarung erkennen, daß,
wenn Ortsveränderlichkeit kein
erwünschtes
oder notwendiges Merkmal der Vorrichtung 9 ist, die folgenden
Komponenten auf Beton oder irgendeinem anderen massiven Fundament montiert
werden könnten,
um dadurch die Vorrichtung in der Nähe einer thermischen Oxidationsvorrichtung
dauerhaft anzuordnen. Ein Vorteil der Montage der nachstehend beschriebenen
Komponenten der Vorrichtung 9 auf einem Gestell 10 ist
jedoch, daß die
Vorrichtung 9 dann ortsveränderlich ist und zwischen thermischen
Oxidationsvorrichtungen bewegt werden kann. Da eine ständige Überwachung
des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung nicht
notwendig ist, bietet eine erfindungsgemäße ortsveränderliche Testvorrichtung 9 den
Vorteil, daß sie
zu verschiedenen thermischen Oxidationsvorrichtungen umgesetzt werden
kann, wenn Nachweisprüfungen
gewünscht
werden, wodurch das Wirkungsgradprüfgerät rationell genutzt wird.
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Mit dem Gestell 10 oder
einem anderen geeigneten Träger
ist ein Vorratsbehälter
26 verbunden, der vorzugsweise, wie dargestellt, ein daran, angebrachtes
Füllstandsschauglas 30 aufweist.
In dem Behälter 26 wird
flüssige
Testchemikalie (nicht dargestellt) vor dem Eintritt in einen Verdampfer 86 gespeichert.
Das Fassungsvermögen
des Vorratsbehälters 26 ist
von der Menge der Testchemikalie abhängig, die man durch den Verdampfer
fließen
lassen möchte.
Zum Beispiel ist ein Vorratsbehälter
von 910 Liter (240 Gallonen) ausreichend für die Anwendung, wenn die Testchemikalie
Toluol ist, während
ein Vorratsbehälter
von 510 Liter (135 Gallonen) ausreicht, wenn die Testchemikalie
Methylenchlorid ist. Ein bevorzugter Vorratsbehälter 26 ist nach dem
ASME-Code für
einen Nennüberdruck
von etwa 861 kPa (125 psig) ausgelegt und ist von John Wood Co.,
(Oaks, Pennsylvania) beziehbar.
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Das Füllstandsschauglas 30 läßt den Bediener
mühelos
erkennen, wieviel Testchemikalie in dem Vorratsbehälter 26 enthalten
ist. Ein solches zur Verwendung in der Vorrichtung 9 geeignetes
Füllstandsschauglas 30 ist
von A. T. Chadwick (Bensalem, PA) beziehbar.
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In den Vorratsbehälter 26 sind ein Einfüllstutzen 34,
durch den flüssige
Testchemikalie in den Vorratsbehälter 26 eingeleitet
werden kann, und ein Ablaßstutzen 38 eingebaut,
der das Ablassen der flüssigen
Testchemikalie aus dem Behälter 26 ermöglicht. Wenn
die Vorrichtung 9 ortsveränderlich ist, wird der Vorratsbehälter 26 vorzugsweise
entleert, bevor die Vorrichtung 9 für eine Messung des Wirkungsgrades zu
einem anderen Standort transportiert wird. Der Ablaßstutzen 38 steht
in Fluidverbindung mit einem Kugelventil 42 zum Öffnen und
Schließen
des Ablaßstutzens 38.
Ebenso steht der Einfüllstut zen 34 in Fluidverbindung
mit zwei hintereinandergeschalteten Kugelventilen 46, 50,
die zu beiden Seiten eines Druckanzeigers 48 angeordnet
sind, der zur Anzeige des Drucks in der Chemikalieneinfülleitung
dient. Aus Großbehältern (nicht
dargestellt) kann mit Hilfe von Pumpen (nicht dargestellt) und einer
geeigneten Leitung (nicht dargestellt), wie z. B. eines Hytron®-Förderschlauchs
von 1,24 cm (1/2 Zoll) Durchmesser, Testchemikalie in den Vorratsbehälter 26 eingefüllt werden.
Ein geeigneter Schlauch ist von Airline Hydraulics (Bensalem, PA)
beziehbar.
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Da der Wirkungsgrad einer thermischen
Oxidationsvorrichtung als Effektivität der thermischen Oxidationsvorrichtung
bei der Entfernung einer oder mehrerer Chemikalien aus einem Abgasstrom
angegeben wird, ist die flüssige
Testchemikalie, die zur Bewertung des Wirkungsgrades verwendet wird,
vorzugsweise gleich oder ähnlich
der zu entfernenden Chemikalie. Wenn das Ziel beispielsweise die
Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
beim Entfernen von Toluol aus einem Abgasstrom ist, dann ist folglich
Toluol die bevorzugte Testchemikalie, die in der Vorrichtung 9 zu verwenden
ist.
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Bevorzugte flüssige Testchemikalien zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung sind unter anderem Toluol und Methylenchlorid.
Toluol wird für die
Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
beim Entfernen von Kohlenwasserstoffen, besonders aromatischen Kohlenwasserstoffen,
aus einem Abgasstrom bevorzugt. Methylenchlorid, ein chlorierter
Kohlenwasserstoff, wird für
die Bestimmung des Wirkungsgrades einer thermischen Oxidationsvorrichtung
beim Entfernen von chlorierten Kohlenwasserstoffen aus einem Abgasstrom
bevorzugt. Eine erfindungsgemäße flüssige Testchemikalie
kann auch ein Gemisch aus flüssigen
Testchemikalien sein, z. B. ein Gemisch aus Toluol und Methylenchlorid.
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Während
Toluol und Methylenchlorid bevorzugte flüssige Testchemikalien sind,
sind weitere geeignete flüssige
Testchemikalien, beispielsweise und ohne Einschränkung, Amylalkohol, Butylacetat,
Butylalkohol, Chloral, Cyclohexanon, Decan, Ethylbenzol, Furfuralalkohol,
Isoamylalkohol, Isoamylacetat, Isobutylalkohol, Isobutylacetat,
Methylisobutylketon, Tetrahydrofuran und Xylol.
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Erfindungsgemäß steht der Vorratsbehälter 26 in
Fluidverbindung mit dem Verdampfer 86, und es sind (1)
eine Druckeinrichtung, um die flüssige
Testchemikalie kontinuierlich, steuerbar und mit bestimmbarer Strömungsgeschwindigkeit
aus dem Vorratsbehälter 26 in
den Verdampfer 86 zu fördern,
und (2) eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit
der aus dem Vorratsbehälter 26 in
den Verdampfer 86 eintretenden flüssigen Testchemikalie vorhanden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Druckeinrichtung vorzugsweise ein Druckgas, wie z. B. von einer
Gasflasche, einer Venturi-Düse,
einem Gebläse
oder einer ähnlichen Vorrichtung
zur Bereitstellung von Druckgas. Das Druckgas stammt vorzugsweise
aus einer Gasflasche und ist vorzugsweise Stickstoffgas aus einer
bei 58 angeordneten Gasflasche (Gasflasche nicht dargestellt). Wenn
das Wirkungsgradprüfgerät in Betrieb ist,
wirkt das Druckgas auf die flüssige
Testchemikalie ein, die sich im Vorratsbehälter 26 befindet.
Das Druckgas übt
eine Kraft auf die flüssige
Testchemikalie aus und bewirkt, daß die Chemikalie aus dem Behälter 26 ausgestoßen wird,
durch die Rohrleitung 90 fließt und in den Verdampfer 86 eintritt.
Daher befindet sich das Druckgas in Fluidverbindung mit und stromaufwärts von
der flüssigen
Testchemikalie.
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Gemäß der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
weist der Vorratsbehälter 26 einen
Stutzen 54 auf, um über
die Rohrleitung 78 eine Fluidverbindung zwischen dem Behälter 26.
und einer Druckgasquelle (nicht dargestellt) an der Stelle 58 herzustellen.
Das Druckgas ist vorzugsweise Stickstoff, kann aber auch Druckluft
sein, und kann vorzugsweise einen Druck von 241,36 kPa (35 psig) auf
die Testchemikalie ausüben.
Ein Druck von etwa 34,48–68,96
kPa (5–10
psig) reicht aus, um eine Eintrittsgeschwindigkeit bzw. Eintrittsrate
der Testchemikalie in den Verdampfer 86 von etwa 90 kg/h
(etwa 200 lb/h) für
Methylenchlorid und von etwa 270 kg/h (etwa 600 lb/h) für Toluol
bereitzustellen. Geeignete Zuflußgeschwindigkeiten der erfindungsgemäßen flüssigen Testchemika lie
zum Verdampfer 86 liegen im Bereich von etwa 35 kg/h bis
etwa 500 kg/h, in Abhängigkeit
von der Konstruktion des Verdampfers.
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Erfindungsgemäß können andere Druckmittel als
Druckgas verwendet werden, um die flüssige Testchemikalie unter
Druck in den Verdampfer 86 zu fördern. Zum Beispiel kann der
Behälter 26 der
flüssigen
Testchemikalie in einer bestimmten Höhe über dem Verdampfer 86 angeordnet
werden, so daß die Schwerkraft
genutzt werden kann, um eine ausreichende Druckenergie bereitzustellen.
Eine weitere geeignete Druckeinrichtung ist eine Pumpe, die in der vom
Vorratsbehälter 26 zum
Verdampfer 86 führenden
Rohrleitung 90 angeordnet ist. Aus der vorliegenden Offenbarung
wird der Fachmann erkennen, daß bei
der vorliegenden Erfindung weitere Druckeinrichtungen verwendet
werden können,
solange die Druckeinrichtung eine ausreichende konstante Energie
liefert, um die Testchemikalie aus dem Behälter 26 durch die
Rohrleitung 90 zum Verdampfer 86 zu fördern.
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Die Steuereinrichtung weist vorzugsweise ein
Ventil auf, wie z. B. das Ventil 70, das vorzugsweise zwischen
dem Vorratsbehälter 26 und
der Gasflasche (nicht dargestellt) in der Position 58 angeordnet ist
und eine Steuerung des auf die flüssige Testchemikalie ausgeübten Drucks
ermöglicht.
Das Ventil dient vorzugsweise als Steuereinrichtung zur Steuerung
der Strömungsgeschwindigkeit
der in den Verdampfer 86 eintretenden flüssigen Testchemikalie.
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Gemäß der in 1 dargestellten bevorzugten Vorrichtung 9 sind
in der Rohrleitung 78 Ventile 62, 66, 70 und 74 angeordnet.
Das Ventil 66 ist ein Rückschlagventil,
das verhindern soll, daß die
flüssige
Testchemikalie rückwärts fließt und in
die in der Position 58 angeordnete (nicht dargestellte)
Druckgasquelle eintritt. Das Kugelventil 70 ist ein Druckregelventil,
das den Druck des aus der (nicht dargestellten) Gasflasche in Position 58 austretenden
Gases regeln kann, um zu ermöglichen,
daß ein
geeigneter und regelbarer Druck auf die flüssige Testchemikalie ausgeübt wird.
Die Kugelventile 62 und 74 sind vorzugsweise vorhanden,
um nötigenfalls
eine Ab trennung des Regelventils 70 zur Reparatur und zu
Einstellungen zu ermöglichen.
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Mit dem Vorratsbehälter 26 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist außerdem
ein Druckentlastungsventil 76 verbunden, das zur Entlastung
eines etwaigen Überdrucks
verwendet werden kann, der sich im Vorratsbehälter 26 aufbaut. Der
Entlastungsventil 76 weist vorzugsweise einen Nenndruck
von 275,8–310,32
kPa (40–45
psig) auf.
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In den Vorratsbehälter 26 ist außerdem ein Ablaßstutzen 82 eingebaut,
der vorzugsweise, in Fluidverbindung mit dem Verdampfer 86 steht.
In Reihe mit der Rohrleitung 90, wobei die Rohrleitung 90 den Behälter 26 mit
dem Verdampfer 86 verbindet, ist eine Einrichtung zur Messung
der Strömungsgeschwindigkeit
installiert, mit der die flüssige
Testchemikalie in den Verdampfer 86 eintritt. Eine bevorzugte Meßeinrichtung
ist ein Durchflußmesser 94,
wie in 1 dargestellt,
der in Reihe mit der Rohrleitung 90 angeordnet ist. Der
Durchflußmesser 94 mißt die Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflußmenge der
aus dem Vorratsbehälter 26 austretenden
und in den Verdampfer 86 eintretenden flüssigen Testchemikalie
in der Rohrleitung 90.
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Aus dieser Diskussion dürfte ersichtlich
sein, daß bei
der vorliegenden Erfindung jeder geeignete Durchflußmesser
zur Überwachung
der Strömungsgeschwindigkeit
von flüssigen
Testchemikalien eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird bei der
vorliegenden Erfindung ein Schwebekugel-Durchflußmesser oder Rotationsdurchflußmesser
als Durchflußmesser
eingesetzt. Ein solcher Durchflußmesser ist als Model 1110
von Brooks Instruments (Ambler, PA) beziehbar. Vorzugsweise reagiert
der Durchflußmesser
auf Temperaturänderungen
des durch das Meßgerät fließenden Fluids
und weist eine Nenngenauigkeit von ± 2% der geeichten Durchflußmenge auf.
Daher wird der Durchflußmesser
vorzugsweise für
die jeweils verwendete spezielle Testchemikale geeicht.
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Eine geeignete Rohrleitung wie z.
B. die Rohrleitungen 78 und 90, die in der gesamten,
in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung
verwendet werden kann, besteht aus Schedule 40-Kohlenstoffstahl
mit einer 3,8 cm (1,5 Zoll) dicken Glasfaserisolierung. Die Rohrleitung
hat vorzugsweise einen ausreichenden Innendurchmesser (ID), um eine
Durchflußmenge
von etwa 31,5 kg/h (70 lb/h) bis etwa 94,5 kg/h (210 lb/h) durch
die Rohrleitung zu ermöglichen. Vorzugsweise
in Reihe mit der vom Austrittsstutzen 82 zum Durchflußmesser 94 führenden
Rohrleitung 90 liegen zwei Kugelventile 98 und 102 sowie
ein Druckanzeiger 104. Das Veritil 98 ermöglicht in
einem Notfall das Absperren des Chemikalienflusses vom Behälter 26.
Das Ventil 102 dient zum Einstellen und Aufrechterhalten
einer stationären
Strömung
der flüssigen
Testchemikalie in den Durchflußmesser 94. In
der Rohrleitung 90 ist zwischen dem Durchflußmesser 94 und
der Verdampfer 86 ein Ablaßventil 106 angeordnet.
Wenn das Ablaßventil 106 offen
ist, kann die flüssige
Testchemikalie aus der Rohrleitung 90 abgelassen werden.
Ein weiteres Ventil 108 ist vorzugsweise in Reihe mit der
Rohrleitung 90 an einer Stelle unmittelbar vor dem Anschlug
der Rohrleitung 90 an den Verdampfer 86 angeordnet.
Das Ventil 108 ermöglicht
ein schnelles Absperren der zum Verdampfer 86 fließenden Testchemikalie
und macht eine Neueinstellung des Ventils 102 beim Abschalten und
Anfahren des Wirkungsgradprüfverfahrens
der thermischen Oxidationsvorrichtung überflüssig.
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Der Verdampfer 86 kann die
flüssige
Testchemikalie, d. h. eine organische Chemikalie in einem flüssigen Zustand,
die zur Prüfung
des Wirkungsgrades der thermischen Oxidationsvorrichtung eingesetzt
wird, in Testchemikaliendampf umwandeln, d. h. in verdampfte flüssige Testchemikalie.
Aus der vorliegenden Offenbarung wird man erkennen, daß jeder
geeignete Verdampfer beider vorliegenden Erfindung eingesetzt werden
kann. Vorzugsweise enthält
der Verdampfer 86 eine Eintrittsöffnung zum Einleiten der flüssigen Testchemikalie
in den Verdampfer, eine Kammer, in der die flüssige Testchemikalie in Testchemikaliendampf
umgewandelt wird, und eine Austrittsöffnung für den Austritt des Testchemikaliendampfes
aus dem Verdampfer. Wie in 1 dargestellt,
steht die Längsachse
des Verdampfers 86 vorzugsweise senkrecht zu der Ebene, in der das
Gestell 10 oder eine andere Plattform liegt. Die Längsachse
des Verdampfers kann jedoch auch parallel zu der Ebene ange ordnet
sein, in der das Gestell 10 oder eine andere Plattform
liegt.
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Wie in 1 dargestellt,
enthält
der Verdampfer 86 eine erste Eintrittsöffnung 110 in Fluidverbindung
mit dem Vorratsbehälter 26 und
eine zweite Eintrittsöffnung 114 in
Fluidverbindung mit einer Dampfquelle 118. Die erste Eintrittsöffnung 110 ermöglicht das
Einleiten der flüssigen
Testchemikalie in den Verdampfer. Der Fuß 122 des Verdampfers 86 ist
vorzugsweise mit dem Gestell 10 verbunden. Stärker bevorzugt
ist der Verdampfer 86 mit dem Gestell 10 verschraubt
oder verschweißt.
Unmittelbar am Fuß 122 ist
eine Ablaßöffnung 126 in
Fluidverbindung mit den Ventilen 130 und 134 und
einem Kondensabscheider bzw. Kondenswasserabscheider 138 angebracht.
Das Ventilsystem 130 und 134 ist verwendbar, um
für ein
schnelles Erhitzen des Verdampfers zu sorgen. So kann das Ventil 134 geschlossen
und dann das Ventil 130 geöffnet werden, Kondensat wird
schnell durch das Ventil 130 geblasen, und nachdem die
schnelle Erwärmung
erreicht worden ist, wird das Ventil 130 geschlossen, und
das Ventil 134 zum Kondensabscheider wird für normalen
Betrieb geöffnet.
Der Verdampfer 86 weist außerdem eine Austrittsöffnung 142 auf,
durch die ein Strom des Testchemikaliendampfes zusammen mit Dampf
bzw Wasserdampf austreten kann.
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Ein bevorzugter Verdampfer weist
ein Schauglas 146 auf, d. h. ein Stück Rohr, das vorzugsweise an
der Außenseite
des Verdampfers 86 und parallel zur Längsachse des Verdampfers angebracht
ist, wie in 1 dargestellt,
sehr ähnlich
einem Henkel an der Außenseite
eines Bechers. Geeignete Schaugläser
weisen einen durchsichtigen Bereich auf, so daß eine Bedienungsperson den
Füllstand
der flüssigen
Chemikalie und/oder den Dampf innerhalb des Verdampfers sehen kann.
Das Schauglas erstreckt sich vorzugsweise von einer Stelle unmittelbar
oberhalb der Eintrittsöffnung 110 für die flüssige Testchemikalie
bis zu einer Stelle unmittelbar unterhalb der Austrittsöffnung 142 für den Testchemikaliendampf.
Durch ein so angeordnetes Schauglas kann eine Bedienungsperson erkennen, was
in einem wesentlichen Abschnitt des Verdampfers 86 vor
sich geht, besonders in dem Bereich des Verdampfers 86,
wo die flüssige Testchemikalie
in einen Testchemikaliendampfstrom umgewandelt wird.
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Wie in Fig. 1 dargestellt,
ist das Schauglas 146 durch ein unteres Ventil 150 und
ein oberes Ventil 154 mit dem Verdampfer 86 verbunden.
Das Ventil 150 ist vorzugsweise in Längsrichtung zwischen der ersten
und der zweiten Eintrittsöffnung 110 bzw. 114 angeordnet.
Das obere Ventil 154 ist vorzugsweise annähernd gegenüber der
Austrittsöffnung 142 angeordnet.
Der Durchmesser des Schauglases ist nicht entscheidend. In einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist jedoch ein Durchmesser von etwa 2,54 cm (1 Zoll) für das Schauglas
geeignet.
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Die zweite Eintrittsöffnung 114 steht über eine
Rohrleitung 158 in Fluidverbindung mit einer Dampfquelle 118.
Die Rohrleitung 158 hat vorzugsweise einen Innendurchmesser
von etwa 3,8 cm (1,5 Zoll) und kann Dampf mit einem Überdruck
von mindestens etwa 550 bis etwa 750 kPa (etwa 80 bis etwa 110 psig)
fördern.
Die Ventile 162 (Handventil), 166 (Handventil), 170 (Druckregelventil)
und 174 sind in Reihe mit der Rohrleitung 158 angeordnet
und dienen zur Regelung des Drucks und der Strömung von Dampf bzw. Wasserdampf
zwischen der Dampfquelle 118 und der zweiten Eintrittsöffnung 114 des
Verdampfers 86. Ein Druckanzeiger 176 ist in Reihe
mit der Rohrleitung 158 zwischen den Ventilen 170 und 174 angeordnet.
Vorzugsweise tritt der Dampf durch die zweite Eintrittsöffnung 114 mit
einem Überdruck von
etwa 100 bis etwa 230 kPa (etwa 15 bis etwa 35 psig), der durch
das Ventil 170 geregelt wird, in den Verdampfer ein. Der
bevorzugte Dampfdruck wird durch die verwendete flüssige Testchemikalie
und die Geschwindigkeit bzw. Rate festgelegt, mit der die flüssige Testchemikalie
in den Verdampfer eintritt. Für
flüssige
Testchemikalien mit hohen Siedepunkten werden höhere Dampfdrücke bzw.
Wasserdampfdrücke
bevorzugt. Das Ventil 156, das vom oberen Ende des Verdampfers 86 ausgeht,
ist ein Handentlüftungsventil.
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Ein bevorzugter erfindungsgemäßer Verdampfer 86 ist
so konfiguriert, daß er
für Kontakt
zwischen der flüssigen
Testchemikalie und dem Dampf aus der Druckdampfquelle 118 sorgt.
Wenn der Dampf mit der flüssigen
Testchemikalie in Kontakt kommt, wird die flüssige Testchemikalie in Testchemikaliendampf
umgewandelt und bildet auf diese Weise ein Gemisch aus Dampf und
Testchemikaliendampf innerhalb des Verdampfers. Der bevorzugte erfindungsgemäße Verdampfer
verwendet zwar Dampf als Energiequelle zur Umwandlung der Testchemikalie
aus einem flüssigen
in einen Dampfzustand, aber mit geeigneten Änderungen am Verdampfer 86 können auch
andere Energiequellen verwendet werden. Zum Beispiel könnte der
Verdampfer 86 eine erhitzte Rohrspirale (nicht dargestellt)
verwenden, die durch die Verdampfungskammer, (nicht dargestellt)
hindurchgeht, so daß flüssige Testchemikalie,
die in Kontakt mit der Spirale kommt, erhitzt und in Dampf umgewandelt
wird. Gas-, Öl-
und elektrische, (Widerstands-)Heizungen können alle in einem für die Erfindung
verwendbaren Verdampfer eingesetzt werden.
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Beim Bau von Verdampfern verwendbare Materialien
sind dem Fachmann bekannt, und jedes derartige Material eignet sich
zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verdampfers. Bevorzugte
Baumaterial en sind weitgehend oder vollständig inert, d. h. unter den
im Verdampfer herrschenden Bedingungen im wesentlichen weder mit
der flüssigen
Testchemikalie noch mit dem Testchemikaliendampf reaktionsfähig. Zu
den geeigneten Materialien gehören beispielsweise
Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Monel, Nickel oder andere Metalle oder
Metallegierungen, Polyvinylchlorid oder andere Kunststoffe, Glas
usw., sowie Verbundstoffe daraus.
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Geeignete Verdampfer sind von vielen
Lieferanten beziehbar. Im Thomas Register (Auflage 1995) sind unter
dem Titel "Verdampfer" verschiedene Hersteller überall in den Vereinigten Staaten
aufgeführt,
die geeignete Verdampfer liefern können. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfer 86 sind
diejenigen Verdampfer, die flüssige
organische Lösungsmittel
kontinuierlich in Lösungsmitteldampf umwandeln
können,
d. h. der Verdampfer 86 ist vorzugsweise ein Durchlaufverdampfer,
wobei ein Durchlaufverdampfer gleichzeitig einen ankommenden Strom
der flüssigen
Testchemikalie annimmt und einen Dampfstrom der Testchemikalie ausstößt, so daß der Massendurchsatz,
mit der die Testchemikalie in den Verdampfer eintritt, im wesentlichen
gleich dem Massendurchsatz ist, mit dem die Test chemikalie durch
die Austrittsöffnung 142 den
Verdampfer 86 verläßt.
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Ein bevorzugter erfindungsgemäßer Verdampfer 86 ist
von Armstrong Engineering Associates, Inc. (West Chester, PA) als
deren Verdampfer-Standardmodell "D" beziehbar und kann etwa 317,5–381,0 kg/h
(700–840
lb/h) Toluol verdampfen, das als Flüssigkeit mit etwa 10°C (50°F) in den
Verdampfer eintritt, wobei das Heizmedium gesättigter Dampf bzw. Wasserdampf
mit bis zu etwa 517 kPa (75, psig) und etwa 160°C (320°F) ist, und wobei der austretende
Dampf eine Temperatur von etwa 121°C (250°F) hat. Ein solcher Verdampfer
weist einen Außendurchmesser
von etwa 20 cm (etwa 8 Zoll) und eine Länge von etwa 220 cm (etwa 86
Zoll) auf. Durch Erhöhen
des Dampfdrucks kann ein maximaler Methylenchlorid-Durchsatz von
381,0 kg/h (840 lb/h) erreicht werden.
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Wie am besten in 2 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Rohrleitung 182 auf, die von der Austrittsöffnung 142 des
Verdampfers 86 ausgeht und innerhalb des Strömungswegs 196 eines
Kanals 178 endet, der einen Abgasstrom in eine thermische
Oxidationsvorrichtung 200 leitet. Der Kanal 178 weist
eine Wand 180 auf, die den Strömungsweg 196 definiert,
durch, den der Abgasstrom auf seinem Weg zu der thermischen Oxidationsvorrichtung
fließt.
Der Strömungsweg 196 erstreckt
sich in Längsrichtung
durch den Kanal und weist ein zuflußseitiges Ende und ein abflugseitiges
Ende auf, wobei, der Pfeil 186 in 2 zum
abflugseitigen Ende zeigt, und wobei das abflugseitige Ende so definiert
ist, daß es
sich näher
an der thermischen Oxidationsvorrichtung befindet als das zuflußseitige Ende
des Strömungswegs 196.
In dem Kanal ist vorzugsweise eine Pumpe oder ein Ventilator (nicht
dargestellt) vorhanden, um den Abgasstrom durch die thermische Oxidationsvorrichtung
zu saugen.
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Die Rohrleitung 182 weist
eine Längsachse 184,
eine Außenfläche 192,
ein erstes Ende 204, das mit der Austrittsöffnung 142 des
Verdampfers verbunden ist, und ein offenes zweites Ende 208 auf, das
innerhalb des Strömungswegs 196 des
Kanals 178 endet. Durch einen Flansch 214, der
bereits als Teil des Kanals 178 vorhanden sein kann oder
angebracht werden muß, um
den Durchgang der Rohrleitung 182 durch die Wand 180 zu
ermöglichen,
geht die Rohrleitung 182 durch die Wand 180 des
Kanals 178 hindurch. Die Rohrleitung 182 erstreckt
sich vorzugsweise vom Verdampfer 86 nach oben zum Kanal 178.
Die Rohrleitung 182 weist vorzugsweise ein Ventil (nicht
dargestellt) auf, das in Reihe mit der Rohrleitung 182 in
der Nähe
der Austrittsöffnung 142, des
Verdampfers angeordnet ist und vor Beginn einer Wirkungsgradprüfung geöffnet werden
kann, um festzustellen, daß vor
Beginn der Wirkungsgradprüfung in
der Rohrleitung 182 keine Flüssigkeit vorhanden ist.
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Das offene Ende 208 der Rohrleitung 182 endet
in einer offenen abgewinkelten ebenen Stirnfläche 212. Vorzugsweise
ist die ebene Stirnfläche 212 so
ausgerichtet, daß sie
zum abflußseitigen
Ende des Strömungswegs 196 gerichtet
ist, wie in 1 dargestellt.
Vorzugsweise bildet die abgewinkelte Endfläche einen spitzen Winkel θ von etwa
50 bis etwa 75°,
und stärker
bevorzugt von etwa 60° zur Längsachse 184 der
Rohrleitung. Die bevorzugte erfindungsgemäße abgewinkelte Stirnfläche erhöht die Turbulenz
der Gasströmung
in dem Kanal und liefert auf diese Weise ein besseres Mischungsbild
für die Mitführung des
Testchemikaliendampfes in dem Abgasstrom.
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Ein Temperaturmeßgerät 188 oder ein ähnliches
Temperaturüberwachungsgerät ist vorzugsweise
so angeordnet, daß die
Temperatur des in der Rohrleitung 182 strömenden Dampfes überwacht wird.
Der Innendurchmesser der Rohrleitung 182 kann etwa 5 cm
(etwa 2 Zoll) betragen, wenn Methylenchlorid die Testchemikalie
ist, und etwa 7,6 cm (etwa 3 Zoll), wenn Toluol die Testchemikalie
ist. Wegen Unterschieden in der Dichte und im Dampfdruck der verschiedenen
Testchemikalien variiert der Durchmesser der Rohrleitung in Abhängigkeit
von der jeweiligen Testchemikalie. Im allgemeinen ist der Rohrleitungsdurchmesser
im Hinblick auf die jeweilige Testchemikalie sowie auf die Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflussrate und den gewünschten Druckabfall
auszuwählen,
die ihrerseits von der gewählten
Pumpe oder dem gewählten
Ventilator abhängen,
um die Auslegung des Systems zu optimieren.
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Wenn die flüssige Testchemikalie in den
Verdampfer 86 eintritt, kommt sie in Kontakt mit Dampf bzw.
Wasserdampf und bildet auf diese Weise ein zweites Gemisch, das
Testchemikaliendampf und Dampf bzw. Wasserdampf aufweist. Das zweite
Gemisch tritt durch die Öffnung 142 aus
dem Verdampfer aus, fließt
durch die Rohrleitung 182 und tritt in den Kanal 178 auf
der Einlaßseite
einer thermischen Oxidationsvorrichtung 200 ein. Der Kanal 178 transportier
einen Abgasstrom, und wenn der Abgasstrom mit dem zweiten Gemisch
in Kontakt kommt, wird ein erstes Gemisch erzeugt, das Testchemikaliendampf, Dampf
bzw. Wasserdampf und den Abgasstrom aufweist. Das erste Gemisch
wird dann in die Einlaßseite
einer thermischen-Oxidationsvorrichtung eingeleitet. Beim Durchgang
durch die thermische Oxidationsvorrichtung wird das erste Gemisch
in einen Reingasstrom umgewandelt. In Abhängigkeit vom Wirkungsgrad der
thermischen Oxidationsvorrichtung kann der Reingasstrom restlichen
Testchemikaliendampf enthalten und/oder kann die aus dem Testchemikaliendampf
gebildeten Oxidationsprodukte enthalten. Wenn daher die thermische
Oxidationsvorrichtung eine thermische Flammen-Oxidationsvorrichtung
ist, dann sind die Reaktionsprodukte typischerweise die Verbrennungsprodukte
von Kohlenwasserstoffen, die typischerweise Wasser und Kohlendioxid
enthalten. In Fällen,
wo der Testchemikaliendampf und/oder der Abgasstrom chlorierte Kohlenwasserstoffe
enthält,
kann auch Chlorwasserstoffsäure
ein Oxidationsprodukt sein.
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Thermische Oxidationsvorrichtungen
sind bekannte Umweltschutzanlagen, die gewöhnlich zur Behandlung von Abgasen
eingesetzt werden, die mit brennbaren Verunreinigungen kontaminiert
sind. Ihre Funktionsweise besteht darin, daß sie mit Verunreinigungen
beladenes Gas in Gegenwart von Sauerstoff auf hohe Temperaturen
erhitzen, um dadurch die Verbrennung der Verunreinigung herbeizuführen und
gereinigtes Gas zu erzeugen. Thermische Oxidationsvorrichtungen
werden oft eingesetzt, wenn die Verunreinigung in dem Gas organisch
und daher ohne weiteres verbrennbar ist. Im Betrieb weisen daher
die erfindungsgemäßen thermischen
Oxidationsvorrichtungen eine Einlaßseite (nicht dargestellt)
zur Aufnahme von Gas, das Verunreinigungen enthält, und eine Auslaßseite (nicht
dargestellt) zur Freisetzung des behandelten Gases auf. Erfindungsgemäß kann jede
dem Fachmann bekannte thermische Oxidationsvorrichtung eingesetzt werden,
und eine thermische Oxidationsvorrichtung, die mit Verunreinigungen
beladenes Gas durch eine Flamme leitet, bekannt als thermische Flammen-Oxidationsvorrichtung,
eignet sich gut für
das erfindungsgemäße Verfahren.
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In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 9 ortsveränderlich
und schließt keine
thermische Oxidationsvorrichtung ein. Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft,
als sie von einer thermischen Oxidationsvorrichtung getrennt werden
kann. Die ortsveränderliche
Vorrichtung 9 ist ausreichend klein, um sie zwischen thermischen
Oxidationsvorrichtungen transportieren zu können, wenn eine Wirkungsgradprüfung notwendig
ist. Wenn die Vorrichtung 9 transportiert wird, braucht
sie außerdem
keine Druckeinrichtung zum Fördern
der flüssigen
Testchemikalie in den Verdampfer aufzuweisen, wie sie durch die
in Position 58 angeordnete Druckgasquelle (nicht dargestellt)
bereitgestellt wird. Der Grund dafür ist, daß die ortsveränderliche
Vorrichtung an eine Druckgasquelle oder eine andere Druckeinrichtung
angeschlossen werden kann, die an dem Ort verfügbar ist, zu dem die ortsveränderliche
Vorrichtung transportiert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 9 kann zur
Prüfung
des Wirkungsgrads von thermischen Oxidationsvorrichtungen gemäß EPA-Testverfahren, und
insbesondere gemäß den Darlegungen
in den EPA-Referenztestmethoden 18, 26A und 7D, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist jedoch nicht auf die Anwendung dieser besonderen Testverfahren
beschränkt.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren
wird vor Beginn einer Wirkungsgradprüfung die gesamte, in 1 dargestellte Vorrichtung
mit Stickstoff gespült.
Nachdem dann sichergestellt ist, daß die Ablassventile 42, 106, 130 und 134 geschlossen
sind, wird der Vorratsbehälter 26 mit
einer flüssigen
Testchemikalie gefüllt,
z. B. mit Toluol oder Methylenchlorid: Dann wird von einer in Position 58 angeordneten Quelle
(nicht dargestellt) durch die Öffnung 54 Stickstoffgas
unter einem Druck von etwa 35 bis etwa 70 kPa (etwa 5 bis etwa 10
psig) abgegeben, wodurch die flüssige
Testchemikalie durch die Öffnung 82 und die
Rohrleitung 90 und über
die erste Eintrittsöffnung 110 in
den Verdampfer 86 gedrückt
wird. Bei Toluol als Testchemi kalie ist mit befriedigenden Ergebnissen
eine Durchflußgeschwindigkeit
von etwa 270 kg/h (600 lb/h) verwendet worden, während bei Methylenchlorid als
Testchemikalie eine Durchflußgeschwindigkeit
von etwa 90 kg/h (etwa 200 lb/h) als befriedigend befunden wurde.
In den Verdampfer wird eine ausreichende Menge Testchemikalie abgegeben,
um den Verdampfer etwa bis zur Hälfte
mit der Testchemikalie zu füllen.
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Dann wird Dampf bzw. Wasserdampf
aus der Quelle 118 durch die zweite Eintrittsöffnung 114 des Verdampfers 86 eingeleitet,
der das Erhitzen und Verdampfen der flüssigen Testchemikalie bewirkt. Ein
Dampfdruck von etwa 35 bis 175 kPa (etwa 5 bis etwa 25 psi) ist
geeignet, wenn die Testchemikalie Methylenchlorid ist, während bei
Toluol als Testchemikalie wegen des höheren Siedepunkts von Toluol ein
höherer
Dampfdruck von etwa 140 bis etwa 280 kPa (etwa 20 bis etwa 40 psi)
geeignet ist. Allmählich sinkt
der Füllstand
der flüssigen
Testchemikalie, wie durch das Schauglas 146 erkennbar.
In den Verdampfer wird langsam zusätzliche Testchemikalie eingespeist,
so daß die
aus dem Vorratsbehälter 26 geförderte Masse
gleich der Masse ist, die vom Verdampfer 86 durch die Öffnung 142 ausgestoßen wird. Bis
zum Erreichen des Gleichgewichtspunktes kann einiges Probieren erforderlich
sein, wobei die Durchflußgeschwindigkeit
der Testchemikalie und der Dampfdruck die zu regulierenden Hauptparameter sind.
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Um die Bestimmung der richtigen Durchflußgeschwindigkeiten
und Drücke
zur Einstellung einer stationären
Strömung
zu unterstützen,
kann ein LEL-Überwachungsgerät (LEL =
untere Explosionsgrenze) benutzt werden. Ein LEL-Überwachungsgerät ist eine
Sicherheitsvorrichtung, die ständig
den Verfahrens-Luftstrom überwacht
und die Konzentration der Gase in dem Kanal aufzeichnet/anzeigt.
Zum Beispiel kann es dazu benutzt werden, daß ein Bediener einschätzen kann,
ob sich die Konzentration irgendeines Dampfes in dem Gasstrom der
unteren Explosionsgrenzkonzentration dieses Dampfes nähert. Vorzugsweise
sollten Nachweisprüfungen
erst nach einer Gleichgewichtseinstellung beginnen.
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Das Testchemikalien/Dampf-Gemisch
(das zweite Gemisch) tritt durch die Auslaßöffnung 142 aus dem
Verdampfer aus, strömt
durch die Rohrleitung 182 und tritt durch das Ende 208 der
Rohrleitung 182 in den Kanal 178 ein. Die Temperatur
des Materials in der Leitung 182, die zum Kanal 178 führt, sollte
mit Hilfe des Temperaturmeßgeräts 188 regelmäßig überwacht
werden, um sicherzustellen, daß die Temperatur
innerhalb der Rohrleitung 182 nicht unter die Siedetemperatur
der Testchemikalie abfällt,
die z. B. 40°C
(106°F)
für Methylenchlorid
und 110°C (230°F) für Toluol
beträgt.
Wenn die Temperatur in der Rohrleitung 182 unten den unteren
Grenzwert abfällt,
entsteht eine nichtstationäre
Durchflußgeschwindigkeit
für den
Testchemikaliendampf. Wenn die Temperatur beginnt, auf unerwünscht niedrige Werte
abzufallen, dann kann der Dampfdruck über den Verdampfer erhöht werden.
Das Ende 208 der Rohrleitung 182 befindet sich
vorzugsweise etwa in der Mitte des Strömungsweges 196 des
Kanals 178, wobei der Kanal 17°8 einen Abgasstrom zu einer thermischen
Oxidationsvorrichtung fördert.
Wenn daher der Kanal 178 einen Durchmesser von etwa 91,5 cm
(36 Zoll) aufweist, dann reicht die Rohrleitung 182 etwa
45,7 cm (18 Zoll) in den Kanal hinein.
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Nach dem Vermischen mit Dampf und
Testchemikaliendampf wird aus dem Abgasstrom ein erstes Gemisch.
Das erste Gemisch tritt in die thermische Oxidationsvorrichtung
ein und tritt dann als Reingasstrom aus, der zumindest von einigen
organischen Verunreinigungen gereinigt worden ist, die im Abgasstrom
und im ersten Gemisch vorhanden waren. Das austretende Gas kann
einen Restanteil an Testchemikaliendampf aufweisen. Der im ersten Gemisch
vorhandene Anteil an Testchemikaliendampf und der im Reingasstrom
vorhandene Anteil an Testchemikaliendampf oder seinem Oxidationsprodukt
werden bestimmt, und dann kann der Wirkungsgrad der thermischen
Oxidationsvorrichtung berechnet werden.
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Die Bestimmung des Anteils am Testchemikaliendampf
oder seinem Oxidationsprodukt im Reingasstrom erfordert die Anwendung
einer Einrichtung (nicht dargestellt) zur Messung einer Durchflußgeschwindigkeit
des aus der thermischen Oxidationsvorrichtung austretenden Testchemikaliendampfes oder
seines Oxidationsprodukts. Folglich stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung 9 eine
Einrichtung zur Messung einer Durchfluß geschwindigkeit des aus der
thermischen Oxidationsvorrichtung austretenden Testchemikaliendampfes
oder seines Oxidationsprodukts bereit, wobei eine geeignete Einrichtung
in den EPA-Referenztestmethoden
18, 26A und 7D dargelegt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht
auf die Verwendung dieser besonderen Einrichtung zur Messung einer
Durchflußgeschwindigkeit
des aus der thermischen Oxidationsvorrichtung austretenden Testchemikaliendampfes
oder seines Oxidationsprodukts beschränkt.
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In einem realen Betrieb wurden drei
einstündige
Tests bei Betriebstemperaturen von 816°C. (1500°F) durchgeführt. Zur Bestimmung der Emissionen
von Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid, Toluol, Methanol, Isopropanol
und Ethylacetat wurde die direkte Gaschromatographie gemäß 40 CFR
60, Appendix A, Reference Manual 18 der EPA (US-Umweltschutzbehörde) angewandt.
In einem repräsentativen
Probelauf betrug die Methylenchlorid-Durchflußmenge im Einlaßgasstrom
(erstes Gemisch) 86,45 kg/h (190,6 lb/h), und die Methylenchlorid-Durchflußmenge in
den Rauchgasen (in dem aus der thermischen Oxidationsvorrichtung
austretenden Reingasstrom) betrug 0,34 kg/h (0,79 lb/h), woraus sich
schließen
läßt, daß Methylenchlorid
mit einer Geschwindigkeit von 86,1 kg/h (189,81 lb/h) verbrannt
wurde. Da durch die Oxidation 85 g Methylenchlorid pro 73 g erzeugter
Chlorwasserstoffsäure
verbraucht werden, betrug die durch diesen Test erzeugte Menge an
Chlorwasserstoffsäure
73,9 kg/h (163,0 lb/h). Die gemessene Menge an Chlorwasserstoffsäure im Reingasstrom
betrug 0,2 kg/h (0,44 lb/h). Folglich ist, der Wirkungsgrad beim
Entfernen der Säure
gleich [(163,0-0,44)1163,0] × 100
= 99,7.
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Die Vorrichtung und das Testverfahren
gemäß der Erfindung
bieten eine zuverlässige
Methode zum Einleiten eines bekannten Massenstroms einer flüssigen Testchemikalie ή eine
thermische Oxidationsvorrichtung, so daß der Wirkungsgrad einer thermischen
Oxidationsvorrichtung genau bestimmt werden kann. Bisher waren Messungen
der Wirkungsgrade von thermischen Oxidationsvorrichtungen unter
Verwendung von flüssigen
Testchemikalien mit einem unerwünschten
Fehler behaftet, der auf die Unsicherheit bezüglich der tatsächlich in
die thermische Oxidationsvorrichtung eingetretenen Menge der Testchemikalie
zurückzuführen war.
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Der Fachmann wird erkennen, daß an den oben
beschriebenen Ausführungsformen Änderungen
vorgenommen werden könnten,
ohne von ihrem allgemeinen Erfindungsgedanken abzuweichen. Es versteht
sich daher, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten besonderen Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern Modifikationen einschließen soll, die innerhalb des
Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.