DE2142865A1

DE2142865A1 - Verfahren und Anordnung zum Messen des in einer Flüssigkeit gelösten Gasgehaltes

Info

Publication number: DE2142865A1
Application number: DE19712142865
Authority: DE
Inventors: Derek Reathall Lindfield Sussex Houghton (Großbritannien). M
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1970-09-03
Filing date: 1971-08-26
Publication date: 1972-03-30
Also published as: DK139794B; DK139794C; DE2142865C3; GB1299949A; DE2142865B2

Description

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PATENTANWÄLTE

R-E

*. , _1Λ DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

DR.-ING. R. DÖRING

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

1522

The A.P.V.Company Limited

Manor Royal, Crawley, Sussex, England

Verfahren und Anordnung zum Messen des in einer Flüssigkeit gelösten Gasgehaltes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum kontinuierlichen Messen des in einer Flüssigkeit gelösten Gasgehaltes.

Während nachfolgend die Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit der Messung von in Bier gelöstem Kohlendioxyd behandelt wird, sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch für andere Messungen ähnlicher Art angewendet werden kann.

Die Messung des Kohlendioxydgehaltes bei Bier wurde viele Jahre dadurch ausgeführt, daß man eine Probe aus dem Bier entnahm und direkt den Gasgehalt durch graphimetrische, volumetrische oder manometrische Methoden gemessen hat. Dieses Verfahren ist langsam und ist nicht geeignet, eine kontinuierliche Ablesung zu gestatten, wie es bei der kontinuierlichen Herstellung von Bier oder dgl. erforderlich ist. Insbesondere in den Fällen, in denen die Carbonisierung in einer kontinuierlichen Weise ausgeführt wird, wobei das Kohlendioxyd in

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einem kontinuierlich fließenden Bierstrom eingeführt und absorbiert wird, ist eine rasche Kontrolle für die Wirksamkeit und die Leistungsfähigkeit des Verfahrens erforderlich. Dies ist besonders der Fall, wenn ein verhältnismäßig geringes Maß an Carbonisierung erforderlich ist, da das überschüssige Kohlendioxyd nur schwierig zu entfernen ist.

Man hat auch bereits kontinuierlich Proben verwendet. Bei einer Arbeitsweise wurde ein kleiner Anteil des Biers von einer Strömungsleitung durch eine feste Einschnürung in eine Ausdehnungskammer abgezogen und von dort durch eine Pumpe in die gleiche Leitung unberhalb der Entnahmestelle wieder zurückgeführt. Der Druckabfall über der Einschnürung und der Expansionskammer führen zu einem Schäumen dej abgezogenen Bieres durch Freisetzung des Kohlendioxyds, wobei Schaum entsteht. Unter konstanten Bedingungen im leitungsdruck, Arbeit der Pumpe und hinsichtlich Temperatur ist der Druck in der Ausdehnungskammer ein verhältnismäßig genauer Indikator für den Gehalt des Dioxyds im Bier. Während für die Temperatur und dem Druck in der Leitung ausreichende Kompensation gewährleistet werden kann, ist die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Pumpenarbeit sehr schwierig und eine Neukalibirierung des Systems häufig in kurzen Abständen erforderlich«

Bs ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung für die kontinuierliche Messung des Gehaltes von in Flüssigkeit gelöstem Gas zu schaffen, welche nicht von der Stabilität der Arbeitscharakteristiken einer Pumpe abhängig ist oder etwa von der Eintrittsöffnung oder dem Druck in dem Verfahrensbereich, aus

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dem die Flüssigkeit aberzogen oder zurückgeführt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Flüssigkeit kontinuierlich in eine Kammer durch eine Einschnürung leitet und die Flüssigkeit aus der Kammer mit Hilfe einer Pumpe abzieht, wobei die Dichte des Schaumes in der Kammer gefühlt und die Einschnürung und/oder die Ausgangsverhältnisse der Pumpe derart gesteuert werden, daß ein Zustand von im wesentlichen Gleichgewicht zwischen dem in der Flüssigkeit, die in das System eingeführt wird, gelösten Gas und dem Gas, das aus der Lösung zur Bildung des Schaumes freigesetzt wird, aufrecht gehalten wird, und daß der tatsächliche Druck an einer festen Stelle zwischen der Eingangseinschnürung und dem Einlaß der Pumpe gemessen und als Anzeige für den Gehalt an in der durchlaufenden Flüssigkeit gelöstem Gas verwendet wird.

Zum Ausführen des Verfahrens sieht die Erfindung eine Anordnung zum kontinuierlichen Hessen des in einer Flüssigkeit gelösten Gasgehaltes vor, welche eine Kammer mit einer Einschnürung am Einlaß aufweist, die mit ihrer Austrittsseite an eine Pumpe an geschlossen ist, wobei eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines Schaumes oder dgl. in der Kammer und zum Einstellen der Einschnürung und/oder der Pumpenausgangsverhältnisse vorgesehen ist, um eine vorbestinete Schaumdichte aufrechtzuerhalten, und daß weiterhin eine Einrichtung zum Messen des Druckes an einer vorbestimmten Stelle zwischen der Einlaßeinschnürung und der Pumpe vorgesehen ist, welcher Druck bei bekannter Temperatur zur

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Anzeige des Gehaltes von der in die Kammer eintretenden Flüssigkeit gelösten G-ases dient.

Die Anordnung und das Verfahren können zur direkten Bestimmung des Gehaltes an in der Flüssigkeit gelöstem Gas herangezogen werden, wenn die Flüssigkeitstemperatur konstant ist. In den Fällen, in denen die Flüssigkeitstemperatur schwanken kann, ist die Anordnung so getroffen, daß dieTemperatur gefühlt wird und unter Anwendung bekannter Techniken eine entsprechende Korrektur an der Druckmessung zur Ermittlung des wahren Gehaltes an gelöstem Gas angebracht wird.

Die Anordnung und das Verfahren können zur Messung des Gehaltes an gelöstem Gas in der Weise verwendet werden, daß die gesamte Flüssigkeit durch die die Kammer umfassende Leitung gejeitet wird oder aber auch in den Fällen, in denen lediglieh ein Teil der Gesamtflüssigkeit in die Kammer eingeführt wird. Da sich die Flüssigkeit und der tohaum in der Kammer tatsächlich im Gleichgewicht befinden, tritt nur ein sehr geringer Verlust an Gas aus dem gelösten Zustand an den Schaumzustand auf. Wenn der Apparat als solcher vollständig eingeschlossen ist, braucht überhaupt kein Verlust in Kauf genommen zu werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer als allgemein senkrecht verlaufendes Rohr ausgebildet, durch welches die Flüssigkeit nach unten strömt. Die Dichte des Schaumes oder dgl. wird durch Vergleichen von Druckablesungen an zwei verschiedenen

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- 5-Höhenlagen gemessen.

Der Druck an der vorbestimmten S₊elle ist eine Anzeige des Gasgehaltes, die zur Erzeugung eines Eingangssignales für eine den Carbonisierungsvorgang oder dgl. steuernde Einrichtung verwendet werden kann, um das Ausmaß der Einführung des Gases in die Flüssigkeit zu regulieren und einen vorbestimmten Gehalt an gelöstem Gas aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeich- ( nung einer Anordnung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welche Anordnung beispielsweise in erster Linie zum Messen des Gehaltes an Kohlendioxyd in Bier bestimmt, aber für andere Meßzwecke geeignet ist.

Die in der Zeichnung schematisch angedeutete Anordnung weist eine Einlaßstelle 1 für das Produkt auf, wobei durch diese Einlaßstelle die Gesamtheit der Produktionsströmung für eine vollständige Einweg-Messung oder alternativ dazu nur ein Anteil der Gesamtströmung aus der Hauptproduktionsleitung eingeführt werden kann. In jedem Fall ist die dargestellte Anordnung am besten stromabwärts von einem Wärmeaustauscher angeordnet, in welchem das Bier auf eine stabile feste Temperatur gebracht wird, nach dem es mit Kohlendioxyd versetzt ist, um den Kohlendioxydgehalt im wesentlichen auf den erforderlichen Wert zu bringen. Die Messungen der Anordnung können dazu verwendet werden, solche Korrekturen an der Vorrichtung zur Steuerung der Strömung des Kohlendioxyds anzubringen, die sich als notwendig erweisen, um den er-

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forderlichen Gehalt an Kohlendioxyd in dem carbonisierten Bier aufrecht zuerhalt en.

Von dem Einlaß 1 gelangt das Bier durch eine Einschnürung 2, welche die Form einer Öffnimg, eirer Düse oder eines Ventils besitzen kann und der eine Einstelleinrichtung 3 zugeordnet ist. Von der Einschnürung 2 gelangt die Flüssigkeit durch ein Sichtglas 4 an einem Anschluß 5 vorbei, an dem ein Druckprüfgerät angeschlossen werden kann, in das obere Ende eines senkrechten Rohres 6. Aus dem Rohr 6 gelangt die Flüssigkeit durch ein weiteres Sichtglas 7 zu einer Pumpe 8, welche ein Austritts-Steuerventil 9 aufweist und die Flüssigkeit in eine Bier-Ablaufleitung 10 leitet. Das Steuerventil 9 weist eine Einstelleinrichtung 11 auf.

An dem Rohr 6 ist eine Tasche 12 zum Einsetzen eines Thermometers vorgesehen, mit dem die Temperatur des in das Rohr 6 eintretenden Biers gemessen werden kann.

Weiterhin sind zwei Drucksignal wandler 15, 14 nahe dem oberen und ™ dem unteren Ende des Rohres 6 angeordnet. Die Ausgangssignale dieser Wandler werden zu einea Differentialsignal-Übertrager 15 geleitet. Dieser Übertrager 15 liefert ein Ausgangssignal, das der Differenz in den Drücken an den Stellen 13 und 14 proportional ist. Dieses Ausgangssignal liefert damit eine Messung für die Dichte des Schaumes innerhalb des Rohres 6. Dieses Signal wird dazu verwendet, etwaig notwendige Korrekturen entweder an den Einstellmitteln 3 oder den Einstellmitteln 4 oder an beiden anzubringen, um die Druckverhältnisse innerhalb des Rohres 6 zu

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justieren, so daß die Schaumdichte mit einem vorbestimmten Wert für den durch den Übertrager 15 ermittelten Differentialdruck übereinstimmt. Ein weiterer Druckwandler 16 dient zur Messung des tatsächlichen Druckes innerhalb des Systems. Unter den geschilderten Verhältnissen ist dieser gemessene Druck eine Anzeige für den tatsächlichen Gehalt von gelöstem Dioxyd in Bier, das durch den Einlaß 1 in das Meßaystem eintritt.

Der Ausgang des Wandlers 16 wird einem übertrager 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal dazu verwendet werden kann, um Korrekturen an der Einrichtung anzubringen, welche die Strömung des Kohlendioxyds zu der Einführungsstelle oberhalb des Wärmetauschers regelt, und zwar in dem Umfange, in dem es notwendig erscheint, um die Carbonisierung innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Bei Betrieb gelangt das Bier durch die Einschnürung 2 in das Rohr 6. Hierbei erleidet das Bier einen wesentlichen Druckabfall und neigt daher zur Bildung von Schaum. Der Druck innerhalb des Rohres 6 wird so eingestellt, daß der Schaum und das Bier sich tatsächlich im Gleichgewicht befinden, so daß der größte Teil des Bieres durch den Schaum in dem Rohre fließt und durch die Pump 8 aus der Austrittsseite 10 abgeführt wird. Der tatsächliche Druck wird mit Hilfe der Einstelleinrichtung 3 für die Einschnürung 2 und der Einstelleinrichtung 11 für das Auslaß-Steuerventil 9 eingestellt.

Es ist leicht einzusehen, daß der Gleichgewichtspunkt zwischen dem Schaum und der Flüssigkeit abhängig ist von der Temperatur

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— β —

und dem vorherrschenden Druck und ebenso von dem G-ehalt an gelöstem Kohlendioxyd im Bier. Da die Einrichtung unmittelbar stromabwärts von einem Wärmetauscher angeordnet ist, in welchem die Biertemperatur genau eingestellt werden kann, kann die Temperatur des Bieres im Meßsystem als konstant angenommen werden. Selbstverständlich kann in der Praxis die tatsächliche Temperatur im Bereich der Tasche 12 mit Hilfe eines Thermometers gemessen werden. Der in dem Rohr 6 tatsächlich vorherrschende Druck ist damit ein Maß für den Gehalt an Kohlendioxyd in der Flüssigkeit.

Wenn die Einrichtung nicht an einer Stelle von konstanter Temperatur der Bierherstellungsanlage angeordnet ist oder angeordnet werden kann, muß die Temperatur innerhalb des Rohres 6 gemessen und eine kompensierende Korrektur an dem Drucksignal angebracht werden, bevor dieses den genauen G-ehalt an in der Flüssigkeit vorhandenem Kohlendioxyd verwendet werden kann.

Die Wahl dafür, ob der Druck innerhalb des Rohres durch- Korrekturen an der Eingangseinschnürung oder am Auslaß der Pumpe reguliert wird, hängt von den Charakteristiken des gesamten Systems ab. Beispielsweise wird man in den Fällen, in denen die Einlaß-Strömungsgeschwindigkeit konstant ist, die Kontrolle normalerweise nur an dem Auslaß-Steuerventil 9 vorsehen. In den Fällen, in denen die Auslaßgeschwindigkeit konstant ist, wird man normalerweise die Regulierung an der Einlaßeinschnürung 2 und zwar nur an dieser vornehmen.

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Die Pumpe hat die doppelte Funktion der Wiederherstellung des Druckes etwas oberhalb der Gleichgewichtsbedingungen, so daß die Schaumbildung stromabwärts von der Pumpe verhindert wird, sowie der Überführung des Biers zurück in die Hauptleitung oder in dem Fall, in dem die gesamte Menge an Bier durch das Rohr 6 geleitet wird, zur nächsten Behandlung oder Speicherstufe.

Es ist ersichtlich, daß mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Einrichtung keine Notwendigkeit besteht, Proben zur getrennten Auswertung des Gehaltes an gelöstem Gas zu entnehmen. Da weiterhin der in dem System vorhandene Schaum sich im Gleichgewicht mit der durch das System passierenden Flüssigkeit befindet, wird auch keine nennenswerte Menge an Schaum gebildet. Insbesondere muß unterstrichen werden, daß die Bedingungen, unter denen der Schaum sich bildet, unter Kontrolle stehen, wobei die Messung und ihre Genauigkeit nicht von der Stabilität der Arbeitswerte der Pumpe 8 abhängig sind. Es ist weiter zu bemerken, daß die verwendete Ausrüstung von einer Art ist, die an Ort und Stelle leicht gereinigt werden kann und daher besonders für leicht verderbliche Flüssigkeiten, wie Bier, verwendet werden kann.

Es iat weiterhin leicht einzusehen, daß die Einrichtung, die in der Zeichnung im Zusammenhang mit der Beschreibung der Messung des Kohlendioxydgehaltes in Bier behandelt worden ist, auch leicht für die Anwendung der Messung anderer Gase und anderer Flüssigkeiten angepaßt werden kann.

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- ίο -

Eine typische Anwendung für die Messung des Kohlendioxyds in Bier wird im folgenden Beispiel gegeben :

Wenn Bier mit einem COp-Gehalt von 3 g/l bei einer Temperatur von O⁰C gehalten wird, ist der Gleichgewichts- absolute Druck, bei dem das Gas gerade in lösung gehalten wird (gemäß den erhältlichen Informationen über typische Biersorten) annähernd etwa

1 kg/cm . Wenn das Kontrollsystem für die Dichte so eingestellt wird, daß es sicherstellt, daß die Probe beispielsweise nur einen " Wert von 0,9 gegenüber der Dichte von Pier besitzt, d.h. ein Schaum entsteht, bei dem 9 Teile Bier auf 1 Volumenteil freies Gas kommen, kann das Bier kontinuierlich durch das System bis zum Austritt geführt werden, wobei es am Austritt den gleichen Gehalt an gelöstem Gas besitzt wie am Eintritt, wobei vorausgesetzt ist, daß keine Stelle für das Entweichen von Gas vorhanden ist und die Gesamtmenge am freien Gas in dem System genau gesteuert wird. Dadurch wird sichergestellt, daß der in dem System entstehende Druck die Probendichte sehr eng nahe dem Gleichge-

»wichtswert (d.i. nahe 1 kg/cm abs. für 3 g/liter). hält. -

Wenn die Temperatur der Probe auf einen Wert von 1O⁰C angehoben wird, neigt der absolute Druck dazu, auf den neuen Gleichgewichtswert von 1,4 kg/cm abs. zu steigen, während ein zunehmender Gehalt von beispielsweise 6 g/l bei O⁰C zu einem Wert von 2 kg/cm abs. führen würde.

Auf diese Weise kann eiiß Druckvorrichtung mit einem Ablesebereich

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von 1-2 kg/cm abs. dementsprechend für Ablesungen "bei O⁰G kalibriert werden, würde jedoch zusätzliche Skalen oder Kompensationseinrichtungen für andere Temperaturbereiche benötigen.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

/iΛ Verfahren zum Messen des Gehaltes eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Flüssigkeit kontinuierlich durch, eine Einschnürung (2) in eine Kammer (6) geleitet und aus dieser mittels einer Pumpe (8) abgezogen wird, daß in der Kammer (6) die Dichte des Schaumes oder dgl. gefühlt wird und die Verhältnisse an der Einlaß-Einschnürung und/oder am Pumpenauslaß so gesteuert werden, daß eine vorbestimmte Dichte des Schaumes oder dgl. aufrechterhalten wird, durch den die Flüssigkeit hindurchpassiert, indem das ir der Flüssigkeit gelöste Gas mit dem Gas in dem Schaum oder dgl. im wesentlichen im Gleichgewicht gehalten wird, und daß der tatsächliche Druck der Flüssigkeit und/oder des Schaumes oder dgl. an einer festen Sfelle zwischen der Einschnürung und dem Pumpeneinlaß als Maß für den Gehalt an in der durchtretenden Flüssigkeit gelösten Gases gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

n e t , daß die Gesamtmenge der FlüssigkeL t einer Produktleitung durch die - einen Teil der Produktleitung bildenden - Kammer geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß ein Teil strom der Flüssigkeit einer Produktleitung zu Meßzwecken durch die Kammer geführt und nach der Messung wieder in die Produktleitung zurückgeleitet wird.

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A-. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichte des Schaumes oder dgl-, durch Ablesen des Druckes an verschiedenen Stellen (Höhenlagen) der allgemein in Form eines senkrechten Rohres ausgebildeten Kammer gemessen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit der Kammer mit einer im wesentlichen konstanten Tem- { peratur zugeführt wird.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur in der Kammer gemessen und der Druckmeßwert entsprechend so korrigiert wird, daß trotz Änderungen der Temperatur der Flüssigkeit der Meßwert dem Gehalt an gelöstem Gas entspricht.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Signal, das von der Messung des tatsächlichen Druckes an der festen Stelle der Kammer abgeleitet wird, zur Anbringung von Korrekturen an einer Einrichtung zum Regeln der Strömung des Gases an die Stelle seiner Einbringung in die Flüssigkeit herangezogen wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Gehalt an Kohlendioxyd in Bier laufend gemessen wird.

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9. Anordnung zum Ausführen des kontinuierlichen Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Kammer (6) mit einer Einschnürung (2) am Einlaß, die mit ihrem Auslaß mit einer Pumpe (8) verbunden ist, einer Einrichtung (13, 14, 15) zum Messen der Dichte des sich in der Kammer (6) billenden Schaumes oder dgl. und zum Einstellen der Verhältnisse an der Einschnürung (2) und/oder dem Auslaß (10) der Pumpe (8) zur Aufrecht erhaltung einer gleichbleibenden vorbestimmten Dichte, sowie durch eine Einrichtung (16) zur Messung des Druckes an einer vorbestimmten Stelle zwischen der Einschnürung (2) und der Pumpe (8) als Maß für den Gehalt an in der in die Kammer eintretenden Flüssigkeit gelösten Gases.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für die Dichte eine Einrichtung (15) zum Vergleich von Druckmessungen von verschiedenen Lagen (13, 14) in der Kammer (6) aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß bei schwankender Eintrittstemperatur der Flüssigkeit eine Einrichtung (12) zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit und/oder des Schaumes oder dgl. und eine Einrichtung zum Korrigieren der gemessenen Druckwerte an der vorbestimmten Stelle (16) der Kammer in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen vorgesehen sind.

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