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Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufteilen von strömenden Flüssigkeiten
in Teilmengen bestimmter Größe
Im Laufe der Weiterentwicklung physikalischer Trennoperationen,
wie z. B. der Destillation oder der Adsorption und Desorption, hat man Hochleitsungsapparaturen
gebaut, die sich durch sehr geringe Durchsatzgeschwindigkeiten auszeichnen.
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Diese Apparaturen sind oft über Tage hinaus ununterbrochen in Betrieb
und daher meist vollautomatisch gesteuert. Während nun die Apparaturen selbst ohne
dauernde Bedienung arbeiten können, kann man auf eine Beaufsichtigung nicht verzichten,
wenn man das verarbeitete Gut in Fraktionen zerlegt auffangen will.
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Mit Hilfe der Vorrichtung nach vorliegender Ertititlulig ist es möglich
auch das Auffangen der Fraktionnen automatisch durchzuführen. Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Aufteilen von strömenden Flüssigkeiten in Teilmengen bestimmtcr
Große insbesondere in solchen Fällen, in denen Flüssigkeiten sehr geringer Strömungsgeschwinding.
keit in kleine Teilmengen aufgeteilt werden sollen.
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Die Erfindung besteht darin, die strömende Flüssigkeit in ein Meßgefäß
geeigneter Größe zu leiten. aus dem sie nach Erreichen einer bestimmten Füllhöhe
durch einen am Meßgefäß angebrachten Flüssigkeitsheber automatisch abgehebert wird,
wobei die ablaufende Flüssigkeit eine elektrische Kontaktvorrichtung geeigneter
Konstruktion betätigt. Als solche kann z. B. ein mit dem Heberrohr verbundenes Quecksilberkontaktmanometer
dienen, das auf die beim. Abhebern der Flüssigkeit innerhalb des Heberrohr entschenden
Druckveränderungen an spricht. Man kann sich aber auch die der ablaufenden Flussigkeit
innewohnede kinetische Energie zur Auslösung eines elektrischen Kontaktes zunutze
macllell z. B. ill(lCIll man die Flüssigkeit auf einen beweglich gelagerten Gegenstand,
z. B. ein Metall-
plättchen, leitet und die beim Auftreffen der
Flüs sigkeit auf diesen Gegenstand verursachte Bewegung auf eine Kontaktvorrichtung
überträgt. Als Kontaktvorrichtung kann ein Quecksilherkippschalter oder eine Kontaktfeder
o. ä. dienen.
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Der beim Abhebern der Flüssigkeit bewirkte elektrische Impuls kann
nun zur Auslösung beliebiger Vorgänge benutzt werden. So kann man z. 13 bei einer
Destillations-Apparatur durch eine geeignete Vorrichtung eine Anzahl von Auffanggefäßen
unter dem Auslauf der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung schrittweise vorbeiführen,
so daß bei jedesmaligem Entleeren ein neues Gefäß gefüllt wird. Auf diese Weise
wird eine gegebene Flüssigkeitsmenge in nahezu beliebig viele Fraktionen bestimmter,
stets gleicher Größe zerlegt. Die Erfindung ist aber noch weiterer Anwendung fähig.
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So kann man z. B. in Verbindung rnit geeigneten automatischen Registriergeräten
physikalische Eigenschaften der erhaltenen Teilflüssigkeitsmengen, wie z. B. Temperatur,
spezifisches Gewicht, I.ichtabsorption, Dielektrizitätskonstante usw. derart registrieren
lassen, daß das Registriergerät für jede abgemessene Teilmenge eine bestimmte, stets
gleiche Anzahl von Messungen registriert. Man erhält so ein Diagramm, das die physikalischen
Eigenschaften jeder einzelnen Fraktion angibt. Läßt man die Siedetemperatur der
Flüssigkeit registrieren, so erhält man direkt die Siedekurve der Flüssigkeit.
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I)ie hier für den Fall einer Destillation beschriebene Xrorrichtung
läßt sich darüber hinaus für alle strömelden Flüssigkeiten anwenden, wenn physikalische
Eigenschaften in Abhängigkeit von Volumen registriert werden sollen. Läßt man den
beim Abheber der Flüssigkeitszählvorrichtung entstehenden elektrischen Impuls auf
ein Zählwerk wirken, so kann man die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung zum
Messen von Flüssigkeiten, insbesondere von kleinen Mengen sehr niedriger Strömungsgeschwindigkeit
benutzen.
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Eine Vorrichtung nach vorliegender Erfindung besteht aus einem Meßgefäß,
in das, zweckmäßigerweise am tiefsten Punkt, der eine Schenkel eines Flüssigkeitshebers,
z. B. eines U-förmig gebogenen Heberrohres, hineinführt, während der andere Schenkel
des Hebers aus dem Meßgefäß herausführt. Das Heberrohr ist mit einer elektrischen
Kontakt vorrichtung ausgerüstet, die auf die beim Al)hel >erti der Flüssigkeit
entstehende Druckveränderung anspricht. Als solche kann z. B. ein mit dem Hel)errohr
verbundenes Kontaktmanometer dienen.
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Eine mögliche Ausführungsform des Gerätes ist in Abb. I dargestellt.
Am Meßgefäß I ist unten das Heberrohr 2 angesetzt. Mit diesem ist an der obereit
lSiegung das Quecksilberkontaktmanometer 3 mit den isoliert eingeführten Kontaktdrähten
4 und 5 verbullden.
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I)ie Arbeitsweise dieses Gerätes ist folgende: Die anfallende Flüssigkeit
läuft in das Meßgefäß I, bis dieses durch das Heberrohr 2 entleert wird. Sobald
die Flüssigkeit abläuft, wird durch den dabei im ll elerrohr entstehenden Unterdruck
das Quecksilber im Kontaktmanometer 3 verschohetl und der Kontakt zwischen den Drähten
4 und 5 geschlossen.
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Nach Ablauf der Flüssigkeit kehrt das Quecksilber in seine ursprüngliche
Lage zurück. Man legt nun diese Kontaktvorichtung in einen Stromkreis und benutzt
den beim Arbeiten der Vorrichtung entstehenden Stromstoß zur Auslösung irgendwelcher
Vorgänge, z. B. zur schrittweisen Verschiebung der Destillationsauffanggefäße. An
Stelle des Kontaktdrahtes 5 kann man auch den Kontaktdraht 6 anbringen, der in Ruhelage
mit 4 leitend verbunden ist. Bei Betätigung der Vorrichtung wird der Stromkreis
zwisehell 4 und 6 unterbrochen. Bringt man die Drähte 5 und 6 gleichzeitig an, so
hat man ein Kontaktmanometer mit Arbeits- und Ruhestromkontakt.
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Das Kontaktmanometer wird zweckmäßigerweise am Scheitel des Heberrohres
und an der Unterseite des Rohres angesetzt.
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Die vorstehend beschriebene Ausführung des Gerätes kann nun weitgehend
variiert werden. So kann z. B., wie in AbIl. 2 dargestellt, der Flüssigkeitsheber
in das Meßgefäß 8 verlegt werden. Diese Bauart wählt man vorteilhaft bei Mengenzählern
mit größerem Volumen. Sie hat den Vorteil größerer Stabilität. Bei dieser Bauart
müssen die Kontaktdrähte g und 10 gegen die Betriebsflüssigkeit isoliert aus dem
Meßgefäß herausgeführt werden.
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Will man vermeiden, daß die Betriebsflüssigkeit mit dem Quecksilber
in direktem Kontakt steht, so überschichtet man das Quecksilber mit einer Flüssigkeit,
die schwerer als die Betriebsflüssigkeit und mit dieser nicht mischbar ist. Diese
Maßnahme empfiehlt sich auch dann, wenn man mit leichtsiedenden, brennbaren Flüssigkeiten
arbeitet.
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Als Kontaktvorrichtung läßt sich an Stelle des mit dem Heberrohr
verbundenen Kontaktmanometers auch die in Abb. 3 dargestellte Vorrichtung benutzen,
die sich insbesondere für größere Apparate eignet. Der absteigende Schenkel des
Flüssigkeitshebers 1 1 wird in ein z. B. unterhalb des Meßgefäßes I7 angesetztes
Ablaufrohr 12 hineingeführt.
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Unter dem Heberrohr 1 1 befindet sich ein an einer drehbaren Achse
I6 befestigter Flügel 14, Die Achse I6 ist mit einer innerhalb oder außerhalb des
Gerätes befindlichen Kontaktvorrichtung, z. B. mit dem Quecksilberkippschalter 15,
verbunden. Der Flügel 14 wird durch den innerhalb des Ablaufrohres 12 befindlichen
Anschlagstift I3 in waagerechter Lage gehalten. Die Vorrichtung arbeitet derart,
daß die auslaufende Flüssigkeit den Flügel 14 herabdrückt und so die Kontaktgabe
herbeiführt. Es wird also hierbei die der ablaufenden Flüssigkeit innewohnende kinetische
Energie zur Kontaktgabe ausgenutzt. Die beschriebene Vorrichtung soll nur ein Beispiel
für eine große Zahl von möglichen Ausführungsformen dieses Prinzips sein.
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Eine für die Benutzung im Laboratorium, insbesondere für Arbeiten
unter leicht erhöhtem l)ruck oder im Vakuum, z. B. bei Vakuumdestillationen, geeignete
Ausführungsform des Gerätes zeigt Abb. 4. Die Apparatur besteht aus Glas. Das Meßgefäß
r8 mit schrägem Boden trägt auf seiner oberen Verlängerung den Zulauftrichter 19.
An der
tiefsten Stelle des Meßgefäßes befindet sich das Ablaufrohr
20. Ein Schenkel des Heberrohres 26 ist am tiefsten Punkt des Meßgefäßes 18 angesetzt,
das untere Ende des anderen Schenkels in das Ablaufrohr 20 hineingeführt. Ein Schenkel
des Kontakt manometers 21 ist mit dem Heberrohr 26 verbundeil. der andere Schenkel
ist durch das Rohr 22 nach oben hin verlängert und endigt in dem Fülltrichter 23.
Der Zulauftrichter 19 des Meßgefäßes ist mit der Verlängerung 22 des Kontaktmanometers
21, dem zugehörigen Einfülltrichter 23 und mit dem Ablaufrohr 20 durch das Rohr
24 und gegebenenfalls dem Kukenhahn 25 verbunden. Diese Verbindung dient dazu, bei
Überdruck- oder Vakuumarbeiten den Druckausgleich zwischen der am Zulasuftrichter
19 angeschlossen Apparatur und der am Ablaufrohr 20 befindlichen Vorlage herzustellen.
Durch den Einfülltricher 23 wird das Kontaktmanometer gefüllt und der Einfülltrichter
dann verschlossen. Selbsterverständlich kann diese Apparatur auch in grüßeren Ausmaßen,
z. B. zur Verwendung in Versuchsanlagen herstellt werden.
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Bei der praktischen Verwendung der Mengenzähler ist darauf zu achten.
daß diese so bemessen sind, daß die Entleerungszeit klein ist gegen die Zeit, die
notwendig ist. um das Meßgefäß mit neu zulaufender Flüssigkeit zu füllen. Ist die
Entleerungszeit nur wenig kleiner als die Füllzeit, so ergeben sich leicht Fehlmessungen.
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Der Flüssigkeitsmengenzähler nach vorliegender Erfindung kann - je
nach dem beabsichtigten Verwendungszweck - in verschiedensten Größe und aus verschiedenen
Materialien hergestellt werden.
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In diesem Falle können sich im Interesse einer materialgerechten Konstruktion
gegenüber den hier dargestellten Ausführungsformen gewisse Änderungen als notwendig
erweisen. Er lößt sich sowohl im Laboratorium als auch im Betrieb, insbesondere
bei Versuchsanlagen verwenden, da er leicht zusammelt mit Zähiwerken oder anderen
Vorrichtungen, die auf elektrische Impulse reagieren, zu vielseitigen Meß- und Regelvorrichtungen
zusamenmengestellt werden kann.
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Für die beschriebenen Verwendungszwecke der Vorrichtung nach vorliegender
Erfindung lassen sich zwar Flüssigkeitsmengezähler nach .\ rt der Kippmengezähler
verwenden, jedoch können diese nur von einer bestimmten Mindestgröße an benutzt
werden, wogegen die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung hne Schwierigkeit für
Füllvolumina von wenigen Kubikenzentimentern gebaut werden kaitit. { loch auch die
größereit Ausfuhrungsformen der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung zeichnen
sich vor anderen Vorrichtungen zum Messen und Zählen von Flüssigkeitsmengen durch
ihre einfache konstruktionen aus. Als besondere Vorteil ist zu erwähnen, daß sie
ohne bewegte Teile gebaut werden können und damit jeinem Verschleiß unterworfen
sind. Außerdem sind zur Betätigung der elektrischen Kontaktvorrichtung keine zusätzlichen
Verstellkräfte notwendig.