DE2534620B2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des anorganischen kohlenstoffgehaltes einer fluessigkeit - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des anorganischen kohlenstoffgehaltes einer fluessigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des anorganischen Kohlenstol'lgehaltes von wäßrigen
Flüssigkeilen, bei dem eine Probe der /u analysierender, Flüssigkeit zusammen mit einem kohlendioxidfreien
ragergas in eine beheizte Reaktionskammer eingebracht
wird, dirt die anorganischen kohlenstoffhaltigen
Verbindungen mit einem Reaktionsmittel zu Kohlendioxid zersetzt werden und das entstandene Kohlendioxid
einem COrAnalysator zugeführt wird. Ferner
, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus
einer beheizten, mit dem Reaktionsmittel gefüllten Reaktionskammer. einer Einrichtung zur Erzeugung
eines kohlendioxidfreien und sauerstoffhaltigen Trägergases und einem nachgeschalteten Kohiendioxidnnaiysator.
In den Offeiiiegungsschriften DT-OS 22 61 45b und
DT-OS 22 61 449 werden Verfahren und Vorrichtungen zur pyrolyiischen bestimmung des Gcsamtkohlenstoff-
, gehaltes (TC = ToIaI Carbon) von wäßrigen Lösungen,
insbesondere Abwasser, beschrieben. Der Gesamtkohlenstoffgehalt setzt sich zusammen aus dem organischen
(TOC = Total Organic Carbon) und dem anorganischen (TAC = Total Anorganic Carbon) Kohlenstoffgehalt. In
ι vielen Oberflachengewassern, kommunalen Abwassern
u. a. isi der anorganische Kohlenstoffgehalt (Carbonatllärie)
oft in der gleichen Größenordnung wie der organische Kohlenstoffgehalt. Deshalb ist es notwendig,
beide Werte bei der Analyse zu erfassen.
In der deutschen Auslegeschrift 15 98 361 wird ein
Verfahren zur Bestimmung des anorganischen Kohlenstoffgehaltes
einer wäßrigen Dispersion beschrieben. Dabei wird eine bestimmte Menge der zu analysierenden
Flüssigkeil in eine Heizzone mit einem gegenüber Carbonai reaktionsfähigen Korper mit saurer Oberfläche
eingesprii/i. Fin kohlendioxidlreier Trägergasstrom
transportiert dann das gebildete Gasgemisch in einen nachgeschalleien Kohlendioxid-Analysator. Die Heizzone
befindet sich auf einer Temperatur oberhalb von 100 C. Andererseits darf die Temperatur nicht /ii hoch
gewählt werden, damit sich die in der Flüssigkeit enthaltenen organischen Bestandteile nicht zersetzen.
Der reaktionsfähige Körper mn saurer Oberfläche besieht aus einem mit Phosphorsäure überzogenen
Ouar/splitt. Fin nach dieser Methode arbeilendes
manuelles Analysen-Gerät ist kommerziell erhältlich. Dieses Gerät /eigl relativ große Streiiunuen der
Meßwerte bei Einspritzung einer Flüssigkeit konstanter Carbonathäne. Die Reproduzierbarkeil der Meßwerte
läßt also zu wünschen übrig. Die relativ schlechte Reproduzierbarkeit wird dadurch verursach:, daß die
llüssigkeitsprobe in der Reakiionskammer immer auf dieselbe Stelle des reaktionsfähigen Körpers gesprii/i
wird. Dadurch verarmt diese Stelle an reaktionsfähiger Substanz. Eine Nachlieferung. /.. B. von anderen Stellen
des reaktionsfähigen Körpers ist nicht möglich. Das Reaktionsmittel (Phosphorsäure) wird also an der
Finspnl/stelle nach längcrem Gebrauch so stark
verdünnt, daß die Reaktion nicht mehr vollständig ablaufen kann. Ein weiterer Nachteil dieses Gerätes
besteht darin, daß die Flüssigkeit zum Teil auf die Seilenwände der Reaktionskammer gelangt. Dort
verdampft sie infolge der hohen Temperatur der Reaktioiiskammer sofort und die Carbonate fallen in
tester Form aus und gehen dadurch für die Analyse verloren.
In dem US-Patent 36 72 841 wird ebenfalls cm
Verfahren und eine Vorriciiiiiinj /ur uestiininung des
anorganischen Kohlenstoffgehalt von wäßrigen Flüssigkeiten beschrieben. Zu diesem /.weck wird die Probe
wie bei dem vorher beschriebenen Verfahren mit einem beheizten Reaktionsmittel in Kontakt gebracht und
dadu'ch zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt. Das
entstandene Gasgemisch wird dann ii<
einem nachgeschalteten Kohlendioxidanalysator analysiert. Als Reaktionamittel
wird Ammoniumhydrogensulfat vorgeschlagen. Bekanntlich hat Ammoniumhydrogensulfai einen
Schmelzpunkt von 147 C. Die Zersetzung beginnt jedoch berel'.s bei Temperaturen über 120 C. Da bei der
Bestimmung des anorganischen Kohlenstoffgehaltes einer Flüssigkeit im allgemeinen in diesem Temperaturbereich
gearbeitet wird, ist die Verwendung von Ammoniumhydrogensulfai als Reaklionsmitiel problematisch.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sieh Ammoniumhydrogensulfat auch bei niedrigeren Temperaturen
leicht in Wasser, Stickstoff, schweflige Saure und freien Schwefel zersetzt. Der Schwefel würde sich
dann auf den Fenstern der Meßküvcite niederschlagen und das Meßergebnis verfalschen. Damit ware die
Meßgenauigkeit und die Re|,roduzierbarkeit der Anordnung
in Frage gestellt.
Der Erfindung liegt nun die Aulgabe zugrunde, das
eingangs beschriebene Verfahren hinsichtlich der Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit zu verbessern.
Es wird eine Meilgenauigkeit von 2% (bezogen auf den
■> Meßwert) angestrebt. Ein wichtiger Schritt in dieser Richtung war dabei die Erkenntnis, daß das Reaktionsmittel
in einer Überschußkon/entraüon angeboten wird
und daß ferner die zu analysierende Flüssigkeitsmenge möglichst sofort auf das Reaktionsmittel gelangt.
in Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen
Verfahren dadurch gelöst, daß als Reakiionsmiitel
kristallines Kaliumrndrogensulfat und/oder eine Mi schung aus gleichen Teilen Kaliumhydrogensulfal und
Kaliumsulfat verwendet wird. Das sauer reagierende
r> Kaliumhydrogensulfal treibt ilen unorganisch gebunde
neu Kohlenstoff (C'arbnrwi-llarie) einer Flüssigkeit als
Kohlendioxid aus.
CaCO.,
Ca(IICO,), t 2KlISO4
CO, ι H,O + CaSO4 + K2SOj
CO, ί 2 1l,O + CaSO4 i K,SO4
CO, ί 2 1l,O + CaSO4 i K,SO4
Die im Kaliumhydrogensuifat KIISOi enthaltenen
Spuren freier Schwefelsaure H..SOι können durch
Kaliumsulfat K .SOi gebunden werden, das man uitweder
dem Kaliumhydrogensulfal beimischt oder das sich in einer nachfolgenden Reaküonsstuie befindet.
K2SO, . 11,SO4
2KlISO4
Eil
Oberhalb von H)O C verlaufen die Reaktionen nach Gleichung (I) und (2) schnell und fast quantitativ ab. Als
optimale Temperatur erweist sich eine Reaklionstcniperatur von 140' C. :■
Um zu verhindern, daß die Reaktionszone durch das
1 ragcrgas abgekühlt wird, wird das Tragergas vor dem Hintritt in die Reakiionskammer auf die in der Kammer
herrschende Temperatur aufgeheizt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge- ii
mäßen Verfahrens bestellt aus einer beheizten, mit einem Reaki-nnsmütel gefüllten ReaKtioiiskammcr,
einer Einrichtung zur Erzeugung eines kohlendio\idfrei
en und sauerstoffhaltig:!! Tragergases und einem nachgeschalteten Kohlendioxid-Aniilvsaior. Das erlin ι
dungsgemäßc Kennzeichen ist darin /u sehen, dall das
Reaküonstniiie! ::i der Kammer in mehreren Schichten
verschiedener /usamniensetzung hintereinaiider an
geordnet ist und eine Schicht aus Kaliumhvdrogensulfat. oder einer Mischung von Kaliuinliydrogensiillat und ■.<
Kaliunisulfai oder aus reinem Kaliumsulfat besteht.
Vorteilhalt besieht in Stronuingsi ichums' gesehen die
erste Schicht aus Kaliumhydrogensulfat und die /weite
Schicht au*· einer Mischung aus gleichen !"eilen
Kaliiinihydrogensulfal und Kaliumsulfat. Eine weitere '."
Verbesserun;.' wird durch eine drille Schicht aus Kaliumsulfat erzielt. Dadurch werden z. 15. Schwefeltrioxid
St) ι und Salzsäure 1 K '!. die bei (.!er thermischen
Zersetzung von Begleitkomponenten in der Probenflüssigkeit entstehen können, absorbiert und schützen so μ
das nachfolgende Analysengcrai.
Gemäß einer Weiteren:« id.mrig der E; i'.iid.ini: is!
das kristalline Kaliumhydrogensnlfai oder Kaliumsulfat
auf ein inertes und poröses Granulat aufgebracht. Vorteilhaft wird das mit Kaliumhvdrogensuliat beau! tr>
schlagte poröse Granulat mit kristallinem Kaliumhydro
gensulfat vermischt. Die besondere Konstruktion ucv
erfindungsgemäßen Reakiionskammer erlaubt den Einbau in das Anal\ sengerät sowohl in hori/oiualcr als
auch in venikaier Lage.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die mit der zu analysierenden
Flüssigkeitsprobe in Kontakt kommende Stelle der reaktionsfähigen Substanz nicht mehr verarmen kann.
Daraus resultiert eine wesentliche Verbesserung dei
Reproduzierbarkeit. Darüber hinaus konnte die Stand zeit und Eangzeiisiabiliiät wesentlich verbessert w ei
den.
Ein wichtiger Vorteil ist Icrni/r. daß die Ueakiions
kammer keine llüssige Phase enthält, so daß durch Verdampfen kein Verlust ;m Säure mehr aultreten kann
Ferner hat sich gezeigt, daß die Wandungen der
Reaktiorskammer prakusch nicht mehr anüei:rilfen
werden. Schließlich ist die Reakuonskapa/it.ti des
KIlSOi bei gegenüber \ergleichbaren Reakiionskani
mern gleicher Masse grüßer.
Zwei AusfühiMiigsbeispiele der Erlindiing sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im tollenden naher
beschrieben. Es /eigi
I ι g. I eine horizontal liegende Reakiionskaminer
und
F i g. 2 eine \ eriikal siehende Rcakuonskaininci
Gemäß I ι g. I erfolgt die I indosieruns: der zu
analysierenden I lüssigkeitsprohe in die horizontal
liegende Reakiionskammer I durch den 'Xnschlußsiui
/en 2. Der -XnschluHsiuiZen 2 isi hei manueller
Dosierung nut einer Gumtiii-I Jurchstiehkappe \er
schlossen. Bei einer automatischen Dosierung münde·
der Anschiußstut/en 2 in einen Schliff, auf den ein
Dosierventil aufgesetzt ist. Ein hierfür geeignetes Dosierventil ist / Ii. in der deutschen Offcnleguni/s
schrift 22 bl 444 beschrieben.
Die Rcaktionskammer I su/i in einem elektrischen
Rohrofen, der die Reakiionskammer aiii einer Tempera
tür von 14() C hält. Durch ein Metallrohr /wischen dei
1 let/olen-Innenwand und der Keakiionskaiuiner I wird
erreicht, daß die gesannc Reakiionskaminer etwa die
gleiche I emperaiur besitzt. Das I empiTatiirproiii eun-.
kommerziell erhältlichen Rohrntens zeigi nämlich in der
Ol'enmitte eine höhere Temperatur als an den
Öffnungen. Das Metallrohr (Kupfer) sorgt iiiiii dafür,
daij die Wärme zu den KamuiLTÖifnungen geleiiei wird.
Das Reakiionsnnttel in tier Reakiionskainmer soll
möglichst an allen Stellen die gleiche Temperatur haben. Hei lokalen Temperatursehwankungen läuft die Reaktion
örtlich verschieden ab. Dadurch kann eine Streuung der Meßwerte auftreten.
Uni zu verhindern, daß die Reaktionszone am
Ansehlußslutzen 2 durch das normalerweise kältere Trägergas abgekühlt wird, wird das Trägergas in einem
separaten Rohr 3 durch die Reaktionskammer geführt, dabei aulgewärmt und am Anschlußstutzen 2 in das
Innere der Reaktionskammer t geleitet. Als Trägergas dient im allgemeinen atmosphärische Luft. Das darin
enthaltene gaslormige Kohlendioxid sowie eventuell vorhandene Kohlenwassersloffvcrbindungen werden in
einem separaten Luftaufbereiiungstcil bis auf einen kleinen konstanten Rest entfernt. Der l.uftaufbereitungsteil
besteht z. B. aus Zeolilh-Adsorbern und einer dazwischcngeschalteten Vorverbrennungskammer. Dahinter
befindet sich ein Druckregler mit .Stellventil zur [•"instellung eines konstanten Trägergusdruckes.
Das kohlendioxidfreie und vorgewärmte Trägergas gelangt nun zusammen mit der zu analysierenden
flüssigen Probe durch den Anschlußstutzen 2 hindurch in das Innere der Reaktionskammer 1 Hier erfolgt die
Umsetzung zu Kohlendioxid und Wasser. Die Temperatur der Reaktionskammer ist mit 140"C so niedrig
eingestellt, daß sich die organisch gebundenen Kohlen Stoffanteile nicht zersetzen. Das in der Reaktionskammer
I entstandene Kohlendioxid stammt also ausschließlich von den anorganischen Kohlenstoffverbindungen
(Carbonaten) der Probe. Dieses Kohlendioxid wild zusammen mit dem Trägergas infolge des
herrschenden Überdruckes durch die Reaktionskammer t gedrückt und durch den Auslaßstutzcn 4 einem
Kohlendioxid-Aiialysator zugeführt. Als Kohlendioxid-Analysator
eignet sich z. B. ein handelsüblicher nichtdispersiver IR-Analvsator. Die hier gemessene COj-Kon/entration
ist ein Maß für die gesuchte Carbonat-Häiie.
Als Reaktionsmittel wird Kaliumlndrogensulfat verwendet.
Um zu verhindern, daß Schwefelsäure die Reaktionskammer verlassen kann, bc-teht das Reaktionsmittel
aus mehreren Schichten. Gemäß F i g. 1 besteht die aktive erste Schicht 5 aus Kaliumhydrogensullat
KHSO:. die zweite Schichte 6 aus einer Mischung aus gleichen Teilen Kaliumh\drogensulfat KHSOi und
kaliumsulfat KjSOj und die dritte Schicht 7 aus Kaliumsulfat KjSOj. Die dritte Schicht endet in der
Nahe der Auslaßzone und ist durch eine in der Reaktionskammer angebrachte Lochscheibe 8 oder
grobmaschige Γ-rittc begrenzt.
Gemäß einer verbesserten Ausführung besteht das ReaktH.-is.uittci aus kaliunih.drogenstilfai (KIISO:).
das auf inertes und poröses Bimssteingranulai aulgebi.ichi
wird. Oazii wird ein Teil Kaliumlndrogensulfat
KIISO, in zwei Teilen destilliertem Wasser gelost und
ein I eil Bimsstein-Granulat in der Lösung in einem Ktickflußdcstillutor drei bis vier Stunden gekocht. Das
abgekühlte Granulat wird in einem Rniaiionsvcrdanip-Ifi'In-I
ca 100 ( getrocknet. Durch diese Aufbereitung liiTi das Kaliumhulrogcnsiiilat KIlSO: in feinster
V'-iu-ιΙιιπ)· an dem Bimsstein Granulat vor. Nach
di.-msi-lln Ii Vcrlahren kanu Bmissteiu-Granulal mit
Kaliumsulfat KjSOj beaufschlagt werden. Das mit KIlSO. beaufschlagte Bimsstein-Granulat bildet die
erste aktive Schicht 5 in der Reaktionskammer. Die zweite Schicht 6 besteht in diesem Fall aus einer
Mischung aus gleichen Teilen Kaliumhydrogensulfai KHSOj und Kaliumsulfat KjSO4 beaufschlagtem Bimsstein-Granulat.
Die drille Schicht 7 besteht aus Kaliumsulfat KjSO1 beaufschlagtem Bimsstein-Granulat.
Zur Erhöhung des KaliumhvdrogensulfiU-Gehaltes
in der ersten aktiven Schicht 5 kann dem Kaliumhydrogensulfat KHSO4 beaufschlagten Bimsstein noch kristallines
Kaliumhydrogensulfat KHSOi beigemischt werden.
Gemäß Fig. 2 erfolgt die F.indosiei ung der zu
analysierenden Flüssigkeitsprobe in die veitikal stehende Reaktionskammer 9 durch den Anschlußsiiiiz.en 10.
Analog dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine manuelle oder automatische Findosierung mit Hilfe
eines Finspritzventils möglich. Die Beheizung der Reaktionskammer 9 erfolgt ebenso wie im ersten
Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mit einem Rohrofen. Das Trägergas wird im Gegensatz zum ersten
Ausführungsbeispiel in einem separaten Ofen vorgewärmt. Der Einlaß 11 für das Trägergas befindet sich am
Anschlußsluizen 10 außerhalb der Reaktionskammer 9.
Mit Hilfe des Führungsrohres 12 wird das mit der zu analysierenden Probe beladene Trägergas durch das
Reaktionsmittel 13 geführt. Das Führungsrohr 12 endet in der Nähe des Bodens der Reaktionskammer 9.
Dadurch wird gewährleistet, daß die zu analysierende llüssigkeitsprobe einen möglichst langen Weg durch
das Reaktionsmittel 13 nimmt, ohne daß dabei Totvolumina entstehen. Das Trägergas und das bei der
Reaktion aus den anorganischen Kohlenstoffverbindungen (Carbonate) entstandene Kohlendioxid werden
infoige des herrschenden Überdruckes durch, die Kammer gedrückt und durch den Auslaßstutzcn 14 dem
Kohlendioxid-Anah sator zugeführt.
Das Reaktionsmitttcl 13 besteht analog zum ersten Ausführungsbeispiel aus KHSOj oder Kl ISOj beaufschlagtem
Bimsstein-Granulat. Ähnlich wie im erster Auslührimgsbeispiel hat sich auch bei der vcrtika
stehenden Reaktionskammer eine Schichtung de1 Reaktionsmitlels bewährt. Der Führungsstutzen !2 is
mit reinem Kaliumh>drogen:,ulfat KHSOi oder Kalium
hvdrogensulfat KIISOa beaufschlagtem Bimsstein-Gra
nulat gefüllt, während der Außenraum zwischei
Fühl ungssnn/en 12 und der Kammerwand 9 mit reinen Kaliumsulfat KjSOj oder Kaliumsulfat beaufschlagten
Bimsstein-Granulat gefüllt ist. Die Übergangszonc kam
ebenfalls wieder mit einem Gemisch aus gleichen Tcilei kaliumlndiogensulfal KHSOj und Kaliumsulfat KjSO
oder Kaliumhuirogensulfat KHSOj und Kaliumsulla
KjSO: beaufschlagtem Bimsstein bestehen.
Beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam ist di Kenntnis, daß das Reaktionsmiltel bei der Reaktion mi
der zu anahsierenden Probe stets in hoher Kon/enlra
tion /in Verfugung steht und daß die eindosierte Prob
tinmilti.-lli.it aiii das Reaklionsmittel gelangt. Nur nute
diesen Voraussetzungen kann die geforderte Analyser und Reproduzierbarkeil erreicht werden.
I lier/u I Blau /eichtumüen
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung des ano; ..mischen
Kohlenstoffgehaltes von wäßrigen Flüssigkeilen, bei
dem eine Probe der zu analysierenden Flüssigkeit zusammen mit einem kohlendioxidfreien Trägergas
in eine beheizte Reaktionskammer eingebracht wird, dort mii einem Reaktionsmitlei zu Kohlendioxid und
Wasser umgesetzt wird und das entstandene CO.. einem CO_>-Analysator zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß als Reaktionsmiucl
kristallines Kaliumhydrogeruulfal und/oder eine
M'schung aus gleichen Teilen Kaliumhydrogensulfat und Kaliumsulfat verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer eine Temperatur
oberhalb 100 C eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet,
daß in der Reaktionskammer eine Temperatur von etwa 140 C eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis J, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trügergas vor dem Finnin in die Reaktionskammcr auf die in der Kammer
herrschende Temperatur aufgeheizt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einer
beheizten, mit dem Reaktionsmittel gefüllten Kammer, einer Einrichtung /ur Erzeugung eines kohlendioxidfreien
und sauerstoffhaliigen Tragergases und
einem nachgeschalt et en Kohlendioxid-Analysator,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel in der Kammer (1,9) in mehreren Schichten (5, 6, 7)
verschiedener Zusammensetzung hintereinander ungeordnet ist und eine Schicht aus Kaliumhydrogensulfat,
oder einer Mischung von Kaliumhydrogensulfat und Kaliumsulfat oder aus reinem Kaliumsulfat
besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ir· Strömungsrichiung gesehen die
erste Schicht (5) aus Kaliumhydrogensullai und die /weite Schicht (H) aus einer Mischung aus gleichen
Teilen Kalnimlndrogensulfat und Kaliumsull.it bestellt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1J. dadurch gekennzeichnet,
daß in Strönningsrichtung gesehen die eiste Schicht (5) aus Kaliumhydrogensulfat, die
zweite Schicht (6) aus einer Mischung aus gleichen Feilen Kaliunihydrogensulfai und Kaliumsulfat und
die dritte Schicht (7) aus Kaliumsulfat besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Kaliumhydrogensullai
oder Kahumsullat aul em inertes und poröses Granulat aufgebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet,
(.IaIi das mit Kaliumlmlrogensulfat beaufschlagte
poröse Granulat mit kristallinem Kaliumin drotiensullai vermischt ist.
Priority Applications (8)
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DE2534620A DE2534620C3 (de) | 1975-08-02 | 1975-08-02 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des anorganischen Kohlenstoffgehaltes einer Flüssigkeit |
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