-
Vorrichtung zur selbsttätig fortlaufenden Bestimmung der chemischen
Eigenschaften von Flüssigkeiten, insbesondere zur Wasseruntersuchung Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur weitestgehend selbsttätigen laufenden Überwachung
der chemischen und erfarderlichenfalls der physikalischen Beschaffenheit von Flüssigkeiten
und insbesondere von Kesselwasser.
-
Bei Dampfkesseln, insbesondere bei den sogenannten Hochleistungskesseln,
ist zur Aufrechterhaltung eines einwandfreien Betriebes eine laufende Überwachung
des Speisewassers und des Klesselwassers erforderlich.
-
Das Wasser wird zu diesem Zweck auf Härte, Dichte, Natronzahl und
Sauerstoff sowie gegebenenfalls auf Trübung untersucht. Während die Härte und Dichte
des Wassers unter normalen Umständen kaum größeren Schwankungen unterworfen sind,
sind die Natronzahl und der Sauerstoffgehalt meist nicht gleichbleibend.
-
Früher wurde der Soda- und Kalküberschuß im Kesselwasser gemessen;
mit der Entwicklung der neuzeitlichen Hochleistungskessel wurde es allgemein üblich,
die Natron zahl als Gradmesser für den Zustand des Kesselwassers festzulegen. Die
Natronzahl oder Alkalitätszahl gibt den Gehalt eines Wassers an Natronlauge oder
seine Alkalität durch den Phenolphthaleinwert oderp-Wert an. Durch den Methylorangewert,
kurz m-Wert genannt, wird der Gehalt an Soda bestimmt. Die Natronzahl errechnet
sich aus dem p-Wert und m-Wert durch eine Formel ersten Grades.
-
Es wurde gefunden, daß bei normalem Detrieb der etwa 34fache p-Wert
eine Zahl ergibt, welche der festzustellenden Natronzahl entspricht. Für den praktischen
Betrieb kann man daher meistens auf die Feststellung des m-Wertes verzichten und'die
Alkalitätszahl aus dem p-Wert errechnen. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Vereinfachung
gegenüber dem bisher üblichen Verfahren, bei welchem die Natronzahl erst nach Feststellung
beider Werte errechnet wurde.
-
Da bisher die Titrationen zur Bestimmung der Alkalitätszahl und des
Sauerstoffes von Hand und der Vergleich der Färbungen meist ohne Zuhilfenahme irgendewelcher
Meß einerichtungen, wie Photometer, Kolorimete o. dgl., vorgenommen wird, wobei
dei Meß ergebnisse persönlich ausgewertet werden müssen, so ist man in hohem Maße
von den Kenntnissen, der Sorgfalt und Zuverlässigkeit sowie dem Fleiß des Untersuchenden
abhängig. Bei diesen Kontrollen etwa unterlaufende Fehler sind für die wesentlichen
Einrichtungen, wie Kessel, Speiseanlagen.
-
Vorwärmer, Dampfleitungen, Dampfturbinen usw., sehr nachteilig, da
sie bei nicht richtig zusamengesetztem Speisewasser erhebliche Schaden nehmen können,
Vorrichtungen zum selbsttätigen Überwachen von Kesselwasser sind bereits verschiedentlich
in Vorschlag gebracht worden.
-
So ist beispielsweise eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei welcher
eine abgemessen Menge des zu untersuchenden Wassers, welche zuvor von Hand mit Phenolphthalein
und Clrlorbarium versetzt worden ist, selbsttäting mit Salzsäure titrert wird. wobei
die Menge der bis zurn Farbloswerden verbrauchten Salzsäure durch die Stellung eines
in das Vorratsgefäß eintauchenden Verdrängers gemessen wird, dessen Abwärtsbewegung
von einer Selenzelle gesteuert wird, die von einer Lichtquelle getroffen wird, deren
Strahlen zuvor durch das Untersuchungsgefäß gegangen sind (Patent 192467).
-
Es sind weiterhin recht komplizierte Vorrichtungen bekanntgeworden,
bei denen eine fortlaufende Zufuhr von Chemikalien erforderlich ist, was nur mittels
sehr komplizierten Dosiervorrichtungen einigermaßen genau durchführbar ist und einen
ständigen hohen Verbrauch von Chemikalien zur Folge hat: denn die zu untersuchende
Flüssigkeit durchströmt fortlaufend nacheinander die von einer Lichtquelle durchleuchteten
Vergleichs- und Reaktionsgefäße (USA-Patente 1919858 und 2019871).
-
Mit den bekannten Vorrichtungen der letzteren Art stimmt die Vorrichtung
nach der Erfindung hinsichtlich der Verwendung von zwei parallel deschalteten, durchleuchteten
Vergleichsröhren sowie von Photozellen überein. Das Wesen der Erfindung ist demgegenüber
darin zu erblicken, daß von einem zentralen Steuerorgan aus in an sich belsannter
Weise über elelitrische Kontakte und Relais vor Beginn einer Messung die Meßröhre
von einer reichlichen Menge der zu untersuchender Flüssigkeit durchströint und mit
ihr gefüllt wird, daß hierauf mittls genau geeichter Schöpfvorrichtungen. Geber
o. dgl. dem Inhalt des Meßrohres ein Indikator und/ oder die für für die Analyse
erforderlichen (?hemikalien zugeführt werden mld daß schließlich mittels einer nur
während der Farbungleichheit der beiden Vergleichsröhren tätigten Vorrichtung in
bestimmten Zeitbständen und in abgemessenen Mengen Titriersubstanzen zugeführt werden
und daß die Zahl der Titergaben mittels eines Zählwerkes o. dgl. gemessen wird.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeiter vollständig auttomatisch
und unterscht in bestimment Zeitabschnitten das Kesselwasser laufend auf die interessierenden
Eigenschaften. Die Vorrichtung soll keineswegs die Möglichkeit oder Notwendigkeit
von Einzeluntersuchungen ausschließen ; im Gegenteil: Sie soll unter Umständen gerade
zu derartigen Untersuchungen Anlaß geben, wenn sich aus den von ihr gemachten Anzeigen
ergibt, daß iregndeine ungewöhnliche oder schädliche Abweichung von den Sollwerten
eingetreten ist. Aus diesem Grunde ist für die einzelnen automatisch gesteuerten
Vorgänge in jedem einzelnen Fall auch eine nich häher beschriebene Handbet)tigung
vorgesehen.
-
In der Zeichnung ist die Vorrichtung nach der Erfindung an einem
Ausführungslei spiel rein schematisch dargestellt: Das zu untersuchende Wasser wird
in dem Kühl- und Enstpannungsgefäß 38 entspannt und etwa auf Zimmertemperautr abgekülht.
-
Die in bestimment einstellbaren Zeitabständen efolgende Entnahme
des zu untersuchenden Wassers, die Zuführung der erforderlichen Chemikalier und
die Umschlaturng auf die eine oder andere Untersuchung erfolgt selbsttätig mittels
einer dauernd in Bewegung befindlicen Antriebsvorrichtung 1, die über ein nicht
näher gezeichnetes Vorgelege 2 ständig die Wellen 3. 4 und 5 mit verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten
antreibt. Mittels elektrisch betätigter Kupplungsvorrichtungen 6/7, 11,10 und 13
können die Wellen 3. 4 und 5 bzw. mit den Wellen 8, 9 und 12 bzw.
-
22 gekuppelt werden.
-
Die Wellen 3 und 4 f2hren etwa zehn bis zwölf Umdrehungen in der
Minute aus. während dieWelle 5 nur etwa vier Umdrehungen in der Stunde ausführt.
Die Umdrehungen der Welle 8, welche die Kolbenpumpen 16 und 17 betäatigt, werden
von dem Zählwerk 15. die Umdrehungen der Welle 9, welche die Kolbenpumpen 19 und
20 betätigt, von dem Zählwerk 18 registriert. Wie sich aus der weiteren Beschreibung
ergibt, ist die Zahl der Umdrehungen, bei denen jeweils eine vorgegebene Menge bestimmter
Chemikalien dem Reaktions- oder Untersuchungsgefäß zugeführt werden, ein Maß für
die chemische Beschaffenheit des untersuchten Wassers.
-
Die Steuerung der einzelnen zu bestimmten Zeiten zu betätigenden
Organe erfolgt auf elektrischem Wege im wesentilichen durch die ständig umlaufende
Kontaktscheibe 28, auf der verschieden Kontaktzungen schleifen, Die Arbeitsweise
der Vorrichtung ist etwa. die folgende: Zwecks. Bestimmung der Alkalität des zu
untersuchenden Wassers wird zunächst mittels der von der Kontaktscheibe 28 aus elektrisch
betätigten Absperrorgane 30 und 31 aus dem einen entsprechenden Vorrat enthaltenden
Kühlgefäß 38 zu den Untersuchungsröhren 32 und 33 des Trübungsmelders 34 eine hinreichende
Menge Wasser hindurch gelassen, Diese Menge ist so bemessen, daß aus den Röhren
32 und 33 der vorhergehende Inhalt restlos ausgespült wird. Nach dem -Schließen
der Absperrorgane 30 und 3I verbleibt in den Röhren 32 und 33 zur Nusführung der
chemischen Reaktion eine durch entsprechende überläufe bestimmte Wassermenge. Hierauf
wird von der Kontaktscheibe 28 aus der die Kupplungen 13 betätigende Schalter 14
so mit Strom beschickt, daß die Hohlwelle 22 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt wird
und dabei auf nicht nänher gezeichnete Weise auf den Geber 21 einwirkt, so daß von
ihm der Röhre 32 eine bestimmte Menge Phenolphthalein kurz vor oder nach dem Schließen
des Absperrorganes 30 zugeführt wird. Die gleichmäßige Vermischung der jeweils zugeführten
Chemikalien mit dem Wasserinhalt des Untersuchungsrohres 32 wird durch eine nicht
gezeichnete Pendel-oder Rüttelvorrichtung begünstigt, welche das zweckmäßig schwach
geneigte Rohr 32 beispielsweise in Schwingungen um seine Längsachse versetzt. Die
dabei eintretende Durchwirbelung kann noch durch geeignet angeordnete Führungslamellen
im Innern des Rohres begünstigt werden.
-
Nunmehr befindet sich in der Röhre 32 mit dem Zusatzgefäß G eine
bestimmte Menge mit Phenolphthalein versetzten Wassers, während das Vergleichsrohr
33 mit ungefärbtem Wasser von sonst gleicher Beschaffenheit gefüllt ist. Der kolorimetrische
Vergleich des Inhalts der Rohre 32 und 33 erfolgt mittels der als Trübungsmesser
bezeichneten Vorrichtung 34, die zwei gegeneinandergeschaltete Photozellen 45 und
46 enthält, die dem Licht einer Lichtquelle 47 nach Durchgang durch die Rohre 32
und 33 ausgesetzt sind.
-
Solange die Photozellen infolge ungleicher Fäfbungen des Inhalts der
beiden Rohre verschiedene Strömung abgeben, wird über nicht gezeichnete Yerstärker
und Relais auf elektrischem Wege die Zugabe derjenigen Chemikalien gesteuert, die
ein Entfärben des Inhalts von Rohr 32 bewirken.
-
Nachdem das ÄVasser des Untersucbungsrohres 32 gefärbt ist, werden
durch die an der Kontaktscheibe 28 schleifende Kontaktfeder 39 die im Trübungsmelder
34 angeordnete Lichtquelle 47 und die Photozellen 45 und 46 eingeschaltet, deren
Ströme mit an sich bekannten Verstärkungsvorrichtungen verstärkt werden. Gleichzeitig
wird durch den Kontakt 40 der Strom zu dem Relais 1 1 geschlossen und damit über
die Kupplung In die bisher ruhende Welle 9 mit der ständig umlaufenden Welle 4 verbunden.
Der Schalter 29 wird durch die Kontaktscheibe 28 gesteuert, ähnlich wie der Schalter
14, welcher mit dem Schalter 29 zwangsläufig verbunden ist. Wie schon eingangs erwähnt,
können diese Schalter auch von Hand betätigt werden, Die von der Welle 9 betätigte
Kolbenpumpe 20 entnimmt dem Vorratsbehälter 41 n/10-Salzsäure, und zwar bei jedem
Hub eine bestimmte einstellbare Mange von beispielswise etwa 0,3 bis 1,2 ccm. Die
Pumpe 10 saugt je Hub einige Kubikzentimeter Wasser aus dem mit dem Untersuchungsrohr
32 kommunizierenden Überlaufgefäß 44, das zum Nachspülen des etwa in dem Fallrohr
48 hängenbleibenden Phenolphthaleins und der Salzsäure dient.
-
Die Mischung der zugesetzten Salzsäure mit dem Inhalt des Rohres
32 wird einmal durch die obenerwähnten Schu-ingbewegungen des Rohres 32, zum andern
aber durch das allmähliche Umpumpen seines Inhaltes möglichst rasch durchgeführt.
Während der Bewegung des Rohres 32 und während des Pumpens wird die Lichtdurchlässiglieit
des flüssigen Rohrinhalts durch die dabei auftretenden Schlieren herabgesetzt.
-
Die eigentliche Messung erfolgt immer jeteils zwischen den durch
die Pumpe20 erfolgenden Salzsäuregaben. Sobald so viel Salzsäure zugeführt ist,
daß eine Entfärbung des Inhalts des Untersuchungsrohres 32 eingetreten ist, die
Ströme der gegeneinandergeschalteten Photozellen also gleich sind, wird über ein
nicht gezeichnetes Relais und über den Schalter die Kupplung 10 ausgeschaltet, worauf
die Welle 9 bis zum Beginn der nächsten Meßreihe in Ruhe bleibt.
-
Der Zähler 18 zeigt die bei jeder Meßreihe erfolgte Zahl der Umdrehungen
der Welle 9 und damit die Menge Salzsäure an, welche erforderlich war, um den Inhalt
des Untersuchungsrohres 32 zu entfärben. Die Anzeige, die beispielsweise direkt
als Angabe des PH-Wertes bzw. der Natronzahl erfolgt, kann jederzeit in an sich
bekannter Weise registriert und auf einem Registrierstreifen ein gezeichnet werden.
-
In ganz analoger Weise erfolgt die Feststellung des in dem zu untersuchenden
Wasser
evtl. enthaltenen Sauerstoffes. Zu diesem Zweick werden
über die Kontaktscheibe 28 oder von Hand die Schalter 29 und 14 umgesteuert, so
daß über die Kupplungen 7 und 13 bzw. die Wellen 8 und I2 mit den ständig umlaufenden
Wellen 3 und 5 gekoppelt werden. Durch die Kontaktscheibe 28 werden, wie bei Beginn
der oben beschriebenen Alkalitätsmessung, die Absperrorgane 30 und 31 einge Zeit
geöffnet, wodurch die Rohre 32 und 33 nach Ausspülen des vorhergehenden Inhalts
wieder neu gefüllt werden.
-
Hierauf werden, nachdem über die Kontaktscheibe 28 mittels der Kupplung
13 die langsam umlaufende ÄVelle 5 mit der Welle 12 gekoppelt ist, durch letztere
mittels geeigneter Vorrichtungen die für die Titrierung erforderlichen Chemikalien
und der entsprechende Farhindiliator dem Äfeßrohr 32 zugeführt.
-
Die für die Farbreaktion erforderliche Stärkelösung wird dem Vorratsgefäß
27 entnommen, dessen Geber durch die ÄVelle 12 betätigt wird. Durch die Schöpfwerke
24, 25 und 26 werden zweckmäßig in kurz aufeinanderfolgenden Zeitabständen genau
geeichte Mengen kaliumjodidhaltige Natronlauge, Manganchloridlösung, konzentrirte
Salzsäure und erforderlichenfalls mit dem Schöpfer 23 eine entsprechende Menge des
zu untersuchenden Wassers als Spülwasser zugeführt.
-
Für die Titrierung wird, nachdem der Inhalt des Reaktionsrohres 32
mit den zuvor zugesetzten Chemikalien gleichmäßig versetzt ist, in an sich bekannter
Weise Natriumthiosulfat verwendet, das, nachdem die Weller über die Kupplung 7 mit
der ständig und rasch umlaufenden Welle 3 gekuppelt ist, inittels der geeichten
Pumpe 17 dem Vorratsbehälter 42 entnomment wird. Auch hier erfolgt mittels der Pumpe
16 ein Nachspülen mit dem aus dem überlaufgefäß 44 des Reaktionsrobres 32 entnommenen
Wasser. Die Zufuhr der Titriersubstanz mittels der Pumpe 17 erfolgt so lange, bis,
wie bei der Alkalitätsbestimmung, eine vollständige Entfärbung des Inhalts des Untersuchungsrohres
32 eingetreten ist. Auch hier wird nach eingetretener Entfärbung über die Photozellen
45 und 46 sowie die entsprechenden Verstärker und Relais, die Kupplung 7 ausgeschaltet
und die weitere. Zufuhr von Natriumthiosulfatlösung unterbrochen. Das nunmehr stillgesetztz
Zählwerk 15 gibt auf Grund der vorangegangenen Eichungen ein Nfaß für den Sauerstoffgehalt.
-
Die beiden Zählwerke 15 und I8 können auch mit optischen oder akustischen
Signal-oder anderen an sich bekannten Einrichtungen versehen werden, welche das
Bedienungspersonal des Kessels benzchrichtigen bzw. aufmerksam machen, wenn irgendeine.
Abweichung von dem Sollzustand des lsesselwassers eingetreten ist. n Stelle des
Getriebes 2 können für die Antriebsorgane der Wellen 8, 9, 12 und 22 auch Magnetrelis
o. dgl. verwendet werden, welche über entsprechend eingestellte Zeit uhren bestätigt
werden, so daß die Häufigkeit der Schaltungen und damit auch der Untersuchungen
willkürlich gewählt und eingestellt werden kann. Ebenso kann selbstverständlich
auch nur die Kontaktscheibe 28 durch eine Zeituhr ersetzt werden.
-
Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist es auch möglich, die
Wasser von verschiedenen Kesseln oder Wasserreinigungsanlagen nacheinader zu untersuchen.
Der registrierende Schreiber für die Meßergebnisse wird in diesem Fall zweckmäßig
als Mehrfarbenschreiber ausgebildet.
-
Mit der hier beschriebenen Vorrichtung können auch die sich im Wasser
bildenden Niederschläge oder Ausfällungen festgestellt werden, was in einfachster
Weise mittels des mit einer umschaltbaren Umwegelitung versehenen Filters 35 erfolgen
kann.
-
Schließlich kann mit der dargestellten Vorrichtung auch die Dichte
des zu untersuchenden Wassers mittels eines Arämeters 36 festgestellt werden. das
in einem mit überlauf versehenen Gefäß untergebracht ist. velches einen elektrisch
betätigten Auslaß 49 hat. der nur bei Ausführung der Dichtemessung geschlossen ist.
Das Arämoeter 36 wird zu diesem Zweck mit einem lichtundurchlässige11 Plättchen
37 versehen, das bei den Messungen in den Strahlengeng der Photozelle 46 eingreift.
Die Dichtemessung geht getrennt von den anderen Messungen folgendermaßen vor sich:
Schalter 14 und 29 stehen auf Mittelsteilung und weden nicht betätgt. Die Absperrorgane
30 und 31 wurden durch Stromgebung von der Kontaktscheibe 28 kurzweili geöffnet,
so daß den Röhren 32 und 33 die zur Durchspülung und nachherigen Füllung notwendige
Wassermenge zufließt, Vorher wurde durch die Kontaktscheibe 28 das Ablaßorgan 49
geschlossen und das Meßinstrument 50 durch den Schalter eingeschaltet.
-
Durch Kontakt 39 werden alsdann Lichtquelle 48 sowie Photozellen 45
und 46 eingeschaltet Zwischen dem Stromfluß der Photozellen bew. deren nicht gezeichneten
Verstärkern ist das einfache Meßinstrument 50. z. B. ein Amperemeter, eingebaute,
dessen Skala so geeicht ist. daß die Dichte des Wassers direkt abgelesen werden
kann. Das Plättchen des Aräomevers kann an Stelle von undurchlässigem auch aus vermindert
lichtdurchlässigem Werkstoff
hergestellt sein. In letzterem Falle
kann das Plättchen 37 auch als optischer Keil ausgebildet sein.
-
Es ist selbstverständlich auch möglich, mit an sich bekannten Mitteln
und Vorrichtungen auf Grund der automatisch ermittelten Meßergebnisse diejenigen
Maßnahmen zu treffen, die einen geordneten Fortgang des Betriebes gewährleisten,
beispielsweise durch Steuerung von Zugabevorrichtungen oder Ablaßorganen für Wasser
und/order Chemikalien.