DE2543405A1

DE2543405A1 - Spuelvorrichtung

Info

Publication number: DE2543405A1
Application number: DE19752543405
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Takahashi
Original assignee: Envirotech Corp
Current assignee: Envirotech Corp
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-04-15
Also published as: US3958945A; FR2287042A1; FR2287042B1; JPS5162089A

Description

(Priorität: 4. Oktober 1974, USA, Nr. 511 970)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spülen von Kohlendioxid aus einem gesäuerten wässrigen Strom, insbesondere zur automatischen Analyse von Flüssigkeiten zur Bestimmung ihres Gehalts an organischem Kohlenstoff.

Häufig muß die Konzentration von organischen Materialien in "Flüssigkeits- oder Halbflüssigkeitsströmungen bestimmt werden. Beispielsweise ist es erwünscht, bei Abwasser-Verarbeitungssystemen die organische Belastung des Abwassers aus der Anlage zu bestimmen, um Verschmutzungen urd. Vergiftungen der Umwelt zu verhindern. Bei industriellen Prozeßströmen ist es weiter oft erwünscht, die organische Belastung zu bestimmen.

Gelöste oder suspendierte feste Stoffe in wässrigen Strömen können allgemein in solche organischer und anorganischer Art unterteilt werden. Elementarer Kohlenstoff ist stets in organischen Substan-

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zen vorhanden, nicht jedoch notwendigerweise auch in anorganischen Materialien. Da Verfahren zur quantitativen Bestimmung des G-esamtkohlenstoffgehalts einer Probe bekannt sind, können diese zur Messung der organischen Belastung angewendet werden, wenn vor der Analyse anorganischer Kohlenstoff eliminiert wird. Aus der US-PS 3 607 071 ist ein kontinuierliches System zur Beseitigung anorganischer Kohlenstoffmaterialien aus einem wässrigen Strom und zur darauffolgenden quantitativen Bestimmung des G-ehalts des Rests an organischem Kohlenstoff bekannt.

Als" Aufgabe der Erfindung kann es angesehen werden, Möglichkeiten und Einrichtungen- zur kontinuierlichen Analyse eines Flüssigkeits- oder Halbflüssigkeitsstroms zur Bestimmung seines Gehalts an organischem Kohlenstoff anzugeben. Insbesondere sollen Wege und Einrichtungen zur kontinuierlichen und sofortigen Beseitigung anorganischer Kohlenstoffverbindungen aus einem wässrigen Strom im Zusammenhang mit der Analyse des Stroms zur Bestimmung der organischen Belastung angegeben werden. Ferner soll eine Vorrichtung zum Spülen des Kohlendioxids aus einem gesäuerten wässrigen Strom zur Anwendung in einem System zur quantitativen Bestimmung des Gehalts an organischem Kohlenstoff des Stroms angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im folgenden und im Patentbegehren angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das schematische Schaltbild eines Systems mit der erfin-

dungsgemäßen Spülvorrichtung;
Fig. 2 die perspektivische Darstellung einer aufgeschnittenen Spülvorrichtung, wie sie in Fig. 1 schematisch gezeigt

ist; und
Fig. 3 den Querschnitt 3-3 der Fig. 2 in Richtung der Pfeile.

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Das im folgenden beschriebene Analysesyst em ist besonders geeignet zur Abschätzung der organischen Belastung von wässrigen Strömen bei der Wasser- und Abwasserbehandlung, wo die quantitativ am bedeutsamsten anorganischen Kohlenstoffsubstanzen Karbonat- und Bikarbonatsalze wie Natriumkarbonat, Ammoniumbikarbonat und Kalziumkarbonat sind. Bekanntermaßen können solche anorganische Karbonat- und Bikarbonatsalze aus einem wässrigen Strom durch Säuern und Spülen entfernt werden. Insbesondere ist es bekannt, daß verschmutztem Wasser hinzugefügte Säure mit anorganischen Karbonat- und Bikarbonatsalzen zu Nichtkarbonatsalzen und Kohlendioxid reagiert. Letzteres kann dann in einem nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Rieselturm aus dem Wasser entfernt werden. Typischerweise wird Salzsäure zum Säuern verwendet. Es können jedoch auch eine Anzahl von anderen Säuren verwendet werden, beispielweise Salpetersäure und Phosphorsäure. Als für das Säuern allgemein repräsentativer Schrift sei folgende Reaktion angegeben, die abläuft, wenn Salzsäure einer. Kalziumkarbonat salze enthaltenden Probe hinzugefügt wird: CaCO₅ * 2HCl — CaCl₂ + H₂O + CO₂.

Wenigstens ein Teil des bei der obigen Reaktion erzeugten Kohlendioxids wird in wässriger Phase stabil hydratisiert oder solvatiert. Damit die nachfolgende quantitative Analyse nur den enthaltenen organischen Kohlenstoff erfaßt, muß das Kohlendioxid zuvor aus der Flüssigkeit entfernt werden. Im folgenden werden Wege und Einrich-tungen zur kontinuierlichen und unmittelbaren Reinigung ohne übermäßige Mischung beschrieben.

Gemäß Pig. 1 tritt ein wässriger Strom über eine Leitung 11 und eine Pumpe 12 in das Analysesystem ein. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Lösung, eine Lauge, eine Suspension oder Aufschlämmung, handeln. Innerhalb des Systems strömt der wässrige Strom mit einer Säure zusammen, die über eine Leitung 19 aus einem Vorratsbehälter 21 zugeführt wird. Kach Zugabe der Säure zu dem wässrigen Strom läuft eine der oben beschriebenen analoge Reaktion ab. Hierbei bildet sich in dem wässrigen Strom bzw. der Probe aus den anorganischen Kohlenstoffverbindungen Kohlendioxid.

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Stromab vom Zusammenfluß ist die Leitung 11 mit einer Spülvorrichtung 31 verbunden, in der das Kohlendioxid aus der wässrigen Phase entfernt und als G-as durch eine Leitung 32 abgeleitet wird. Wie im folgenden noch im einzelnen erläutert wird,wird das Spülgas über eine Leitung 34 in die Spülvorrichtung 31 geleitet. Überschüssige Flüssigkeit wird über eine Leitung 35 abgeleitet. Die von Kohlendioxid freie, gespülte Flüssigkeit strömt von der Spülvorrichtung 31 über eine Leitung 33 und eine Pumpe 36 in eine Probeentnahmeeinrichtung 37, die periodisch ein vorgewähltes Probevolümen aus dem Strom abzieht und diesen in einen herkömmlichen Ofen 39 injiziert. Der nichtentnommene Teil der gespülten Flüssigkeit wird über eine Leitung 4I zum Auslaß geleitet.

Die Probeentnahmeeinrichtung 37 kann beispielsweise aus einem herkömmlichen Schieberventil oder einem drehbaren Proben-Injektionsventil bestehen, wie es von der Abteilung Dohrmann der Anmelderin vertriebenwLrd. Der Ofen 39 kann beispielsweise aus einem Pyrolyseofen oder einem Wirbelbettreaktor bestehen.

Vom Ofen 39 werden die Proben in einem Trägergasstrom in ein herkömmliches Analysegerät 43 geleitet, in dem der restliche Kohlenstoffgehalt der Probe quantitativ bestimmt wird. Da nur organische Kohlenstoffverbindungen nach dem Sülen verbleiben, wird bei der quantitativen Analyse des Stroms die organische Belastung gemessen. Die Analysevorrichtung kann beispielsweise aus einem herkömmlichen nichtdispersiven Infrarotdetektor oder einem konduktometrischen■ Detektor bestehen, bei denen die oxidierende Pyrolyse angewandt wird, oder aus einem Flammenionisationsdetektor, bei dem die reduzierende Methode angewandt wird.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Spülvorrichtung 31 einen geschlossenen Körper mit mehreren vertikalen Hohlräumen 125, 126, 127, 128 und 129, die Seite.an Seite in dem Körper bzw. Gehäuse ausgebildet sind. Das Spülvorrichtungsgehäuse besteht vorzugsweise aus zwei getrennten blockförmigen Abschnitten 149 und 150, die Fläche an Fläche übereinander angeordnet und gegeneinander durch eine durchgehende Dichtung

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155 abgedichtet sind, die sich in Aufnahmenuten 156 in. den Anlageflächen 159 und 161 befindet. Bei einem solchen zweiteiligen Aufbau können die erwähnten Hohlräume 125 bis 129 vor dem Zusammenbau, direkt im unteren Gehäuseabschnitt gebohrt oder in anderer Weise darin ausgebildet werden. Normalerweise werden die Gehäuseabschnitte aus einem inerten Material hergestellt, beispielsweise aus Fluorkohlenstoffharz, um chemische Reaktionen mit der gesäuerten Flüssigkeit zu vermeiden.

Die erwähnte Leitung 11, die den gesäuertenStrom zur Spülvorrichtung leitet, ist in eine Auslaßöffnung I3I eingesetzt, die mit dem unteren Teil des ersten vertikalen Hohlraums 125 direkt in Verbindung steht. Die angrenzenden vertikalen Hohlräume sind jeweils durch Kanäle I4I bis 144 verbunden, die hintereinander an den oberen und unteren Enden der Hohlräume ausgebildet sind. So verbindet beispielsweise der Kanal 141 die Oberseite des Hohlraums 125 mit dem Hohlraum 126 und der Kanal 142 das untere Ende des Hohlraums 126 mit dem Hohlraum 127. Der letzte Hohlraum 129 ist mit einer Auslaßöffnung 147 an seinem oberen Ende versehen, die zur Verbindung mit der Auslaßleitung 35 dient. Bei dieser Anordnung wird in der Spülvor— richtung ein vorherbestimmter Flüssigkeitspegel aufrechterhalten. Eine Auslaßöffnung I3I am unteren Ende des Hohlraums 129 dient zur Verbindung mit der Auslaßleitung 33 für die gespülte Flüssigkeit. Bei dem gezeigten Aufbau fließt die Flüssigkeit vollständig durch einen Hohlraum, bevor sie auf ihrem in vertikalen Serpentinen ver-. lufenden ¥eg durch die Spülvorrichtung in den nächsten Hohlraum bzw. die nächste Kammer fließt. In der Praxis sind sämtliche Ab- _:„ stände in der Spülvorrichtung größer als etwa 0,5 cm, so daß in dem wässrigen Strom enthaltene Teilchen leicht durch die Spülvor- , richtung fließen ohne zu verstopfen. ...... _;

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Die Spülvorrichtung 31 enthält weiter eine Verteilerkammer 165, die im oberen G-ehäuseabschnitt 150 über die oberen Enden der Hohlräume 125 bis 129 verläuft. Die Verteilerkammer 165 ist an ihrem einen Ende mit der Leitung 34 verbunden, die ihrerseits mit einer Spülgasq[uelle in Verbindung steht (das Spülgas kann aus Druckluft, Sauerstoff, Stickstoff oder einem inerten Gas bestehen). In der Seitenwand der Verteilerkammer 165 sind Öffnungen 171 bis 173 ausgebildet, die in direkter Verbindung mit einem der Hohlräume 125 bis 127 stehen. Nach unten herabstehende hohle Disper— sionsrohre 177 bis 179 sind in die Öffnungen 171 bis 173 konzentrisch zu den Hohlräumen 125 bis 127 dicht eingesetzt. Die an die unteren Enden der Hohlräume angrenzenden Enden der Dispersionsrohre 177 bis 179 sind durch fluiddurchlässige Teile 181 abgedeckt, die aus geschmolzenen Glasteilchen οdeadergleichen hergestellt sind. Die abgedeckten Dispersionsrohre sind im Handel erhältlich. Bei dieser Anordnung kann Luft oder Sauerstoff leicht aus der Verteilerkammer 165 in die Dispersionsrohre 171 bis 173 und von dort in Form feiner Bläschen in die Hohlräume 125 bis 127 übertreten.

Gemäß Fig. 3 ist in der Paßfläche 159 des oberen Gehäuseabschnittes .150 ein offener Kanal oder eine offene Nut 191 vorgesehen, die von der ersten Verteilerkammer vollständig isoliert ist, jedoch mit den ersten drei Hohlräumen 125 bis 127 im unteren Gehäuseabschnitt um die Umfange der Dispersionsrohre 177 bis 179 in direkter Verbindung steht. Der Kanal 191 dient als Dampfsammeiraum. Eine Öffnung 193 steht in Verbindung mit dem Kanal 191. Die Auslaßleitung 32 ist dichtend in diese eingesetzt.

Die Spülvorrichtung 3t arbeitet folgendermaßen: zunächst tritt die angesäuerte Probe über die Öffnung 113 in den ersten Hohlraum ein. Sie strömt von dort aufeinanderfolgend nach oben und unten durch die Hohlräume 125 bis 128, Gleichzeitig tritt das Spülgas in die Verteilerkammer 165 ein und strömt durch, die hohlen Dispersionsrohre 177 bis 179 und tritt in Form feiner Bläschen in die Hohlräume 125 bis 127 ein. Aus der in den Hohlräumen enthaltenen

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Flüssigkeit wird das Kohlendioxid durch Absorption in den Gasflaschen des Spülgases entfernt. Die Bläschen steigen nach oben und treten aus der Flüssigkeit in den Kanal 191 ein und strömen von dort über die Öffnung 193 zum Auslaß. Durch einen Überschuß an Spülgas wird der vom Kanal 191 gebildete Dampfraum dauernd gespült. Der Partialdruek des Kohlendioxids wird abgesenkt, wodurch wiederum die Verdampfung weiteren Kohlendioxids angeregt wird.

Durch Hintereinanderschaltung oder Verwendung dreier Spül-Hohlräume in Reihe wird, wie festgestellt werden konnte, der Wirkungsgrad beträchtlich erhöht. Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad der Entfernung des Kohlendioxids bei einer Spülvorrichtung etwa 65 i°_x während bei zwei hintereinander geschalteten Spülhohlräumen der Wirkungsgrad der Entfernung auf etvra 95 und bei drei Spülhohlräumen auf 99»9 ?£ gesteigert wird.

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PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Spülen von Kohlendioxid aus einer angesäuerten wässrigen Strömung zur Anwendung in einem System zur quantitativen Bestimmung des Gehalts an organischem Kohlenstoff des Stroms, gekennzeichnet durch ein dichtes Gehäuse (14-9, 150) mit darin ausgebildeten, insgesamt vertikal verlaufenden Hohlräumen (125 "bis 129), durch einen in dem Gehäuse ausgebildeten, mit dem ersten Hohlraum (125) in Verbindung stehenden Einlaß (I3I), durch den die angesäuerte wässrige Strömung in das Gehäuse zugeleitet wird, durch die Hohlräume miteinander derart verbindende Kanäle (I4I bis 144), daß der wässrige Strom zunächst durch die gesamte Länge eines Hohlraums strömt, bevor er in den nächsten übertritt, durch einen im Gehäuse ausgebildeten, mit dem letzten Hohlraum (129) in Fluidverbindung stehenden Auslaß (133) zum Ableiten des gespülten wässrigen Sferoms aus dem Gehäuse, durch in wenigstens zwei der Hohlräume befestigte Spülgas-Dispersionseinrichtungen (177, 178, 179; 181) zur Dispersion feiner Spülgasbläschen in der Flüssigkeit im zugehörigen Hohlraum, und durch eine Gassammei- und Auslaßeinrichtung (165), die mit den Hohlräumen in Verbindung steht und zum dauernden Ablassen von Spülgas und Kohlendioxid dient, das aus dem durch die Hohlräume hindurchtretenden wässrigen Strom ausgetreten ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gas-Dispersionseinrichtungen (177, 178, 179» 181) in drei Hohlräumen (125 his 127) angeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet daß die Gas-Dispersionseinrichtung hohle Rohre (177, 178, 179) enthält, die so aufgebaut und angeordnet sind, daß sie das Spülgas aus einem im Gehäuse ausgebildeten Verteiler (165) in. die Hohlräume leiten, und daß Einrichtungen zur Zufuhr des Spülgases in den Verteiler vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (147) zur Aufrechterhaltung eines vorherbestimmten Flüssigkeitspegels innerhalb der Hohlräume (125 bis 129).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch auf die Enden der Rohre (177 bis 179) in den Hohlräumen (125 bis 127) aufgesetzte fluiddurchlässige Kappen (181).

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