DE4004989C2 - Blasenabscheider, insbesondere für einen Flüssigkeitsspektralanalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Blasenabscheider zur Abtren­ nung von Gasblasen aus einer strömenden Flüssigkeit, insbe­ sondere für einen Flüssigkeitsspektralanalysator, mit einem Abscheideraum, in den seitlich ein Einlaßkanal für die mit Gas durchsetzte Flüssigkeit mündet und der an seinem unte­ ren Ende einen Flüssigkeitsauslaß für die von Gasblasen befreite Flüssigkeit und an seinem oberen Ende einen Gasauslaß für das abgeschiedene Gas aufweist.

Zur Messung von Gasen im ppm/ppb-Bereich werden unter anderem Verfahren eingesetzt, bei denen die Änderung der Lichtabsorptionen von Flüssigkeiten nach dem Kontakt mit dem zu messenden Gas als Maß für dessen Konzentration verwendet wird. Um eine spezifische Änderung der Absorption oder Transmission zu erreichen, wird die entsprechende Flüssig­ keit zunächst mit dem Gas versetzt. Anschließend wird das Absorptions- oder Transmissionsverhalten der Flüssigkeit fotometrisch gemessen. Hierzu ist es erforderlich, das Gas möglichst vollständig aus der Flüssigkeit abzuscheiden, da in der Flüssigkeit noch verbleibende Gasblasen die fotome­ trische Messung stören. Hierzu ist es bekannt, die Flüssig­ keit zunächst durch einen Blasenabscheider der eingangs genannten Art zu leiten, bevor sie in die Analysenküvette eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Blasenabscheider zu schaffen, der sich durch eine hohe Wirksamkeit auszeichnet und zu einer niedrigen Ansprechzeit bei der Durchführung von Spektralanalysen beiträgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einlaßkanal für die mit Gas durchsetzte Flüssigkeit im wesentlichen tangential in einen Abschnitt des Abscheide­ raums mündet, wobei die Wand des Abschnitts die Form einer Rotationsfläche hat.

Durch den tangentialen Einlauf wird bei dem erfindungsge­ mäßen Blasenabscheider das Flüssigkeits-Gasgemisch im obe­ ren Teil des Abscheideraumes in Rotation versetzt und durch die Scherung an der Wand wird ein Teil der Gasblasen aufgerissen, so daß das darin enthaltene Gas nach oben ent­ weicht.

Als besonders günstig hat sich erwiesen, wenn die Wand des Abscheideraums an der Mündung des Einlaßkanals zylindrisch ist und sich unterhalb der Mündung an den zylindrischen Abschnitt ein sich nach unten verengender konischer Abschnitt anschließt.

Die Blasenabscheidung kann weiterhin dadurch unterstützt werden, daß die Oberfläche der Wand des Abscheideraums, insbesondere des konischen Abschnitts ganz oder teilweise mit einer Struktur versehen ist, die eine erhöhte Scherwir­ kung in der Flüssigkeit hervorruft. In einer Ausführungs­ form der Erfindung kann die Struktur in der Oberfläche der Wand durch eine große Rauhtiefe erreicht werden. Eine andere besonders wirksame Struktur der Oberfläche wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Wand quer zur Richtung des Drehimpulses der Flüssigkeit gewellt ist. Durch die wellige Form der Oberfläche wird zusätzlich eine Verwirbelung hervorgerufen, wodurch die Energie des Drehim­ pulses aufgezehrt und die Flüssigkeit beruhigt wird. Im Bereich des konischen Abschnitts der Wand kann erfin­ dungsgemäß die Wellenform durch sich in Achsrichtung ver­ jüngende, gewölbte Rippen gebildet sein.

Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß der untere Teil des Abscheideraums einen Strömungsberuhigungs­ raum bildet, der zur Vertikalen geneigt ausgerichtet ist. In diesem Strömungsberuhigungsraum wird die Flüssigkeit beruhigt, so daß noch vorhandene Gasblasen aufsteigen und in den oberen Bereich des Abscheideraums gelangen können. Die Neigung des Strömungsberuhigungsraums zur Vertikalen liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von 30°. Diese Neigung hat sich als ein günstiger Kompromiß zwischen den gegensätzlichen Erfordernissen erwiesen, das Flüssigkeits­ volumen im Blasenabscheider klein zu halten und eine wirk­ same Abscheidung zu erzielen. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Strömungsberuhigungsraum einen von der Kreisform abweichenden, insbesondere ovalen oder länglichen Quer­ schnitt hat, wobei sein größter Durchmesser in einer verti­ kalen Ebene verläuft. Durch eine solche Querschnittsform wird die Strömungsberuhigung begünstigt und es wird ein Raum für die Ausbildung einer Gegenströmung geschaffen, in der die Gasblasen aufsteigen können.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß der Flüssigkeitsstand im Abscheideraum mit Hilfe eines geringfügig unter dem Niveau des Einlaßkanals liegenden Überlaufs stabilisiert wird, um auch bei unterschiedlichen Zulaufmengen eine vollständige Abscheidung der Gasblasen zu gewährleisten.

Der erfindungsgemäße Blasenabscheider kann vorteilhaft aus einem quaderförmigen, vorzugsweise aus Glas hergestellten Block bestehen, der mit einer seitlichen Kontaktfläche an eine Analysenküvette anschließbar ist, wobei die Analysen­ flüssigkeit vom Flüssigkeitsauslaß über die Analysenküvette zu einem Ausgangsraum im Block zurückgeführt wird, der einen Überlaufkanal aufweist. Diese Ausgestaltung des Bla­ senabscheiders eignet sich vornehmlich für die Durchführung indirekter optischer Gasanalysen mit Flüssigkeiten zur Mes­ sung von spezifischen Gaskonzentrationen. Der Gasauslaß kann bei dieser Ausführungsform über einen Kanal an den Ausgangsraum angeschlossen sein. Hierbei wird das abge­ schiedene Gas zusammen mit der zurückgeführten Flüssigkeit durch den Überlaufkanal abgeführt.

Der erfindungsgemäße Blasenabscheider kann durch entspre­ chende Dimensionierung der Größenverhältnisse von Abschei­ deraum und Kanälen an verschiedene Gas-Flüssigkeitsgemische angepaßt werden. Für die Herstellung des Blasenabscheiders können unterschiedliche Glasarten verwendet werden, so daß für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen eine hohe Resi­ stenz und Lebensdauer gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Blasenabscheider mit einer daran angeschlossenen Analysenküvette,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts A-B durch den Abscheideraum des Blasenabscheiders gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Blasenabscheider gemäß Fig. 1.

Der dargestellte Blasenabscheider besteht aus einem quaderförmigen Block 1, der aus Tafelglas hergestellt ist. In dem Block 1 wurde von seiner Oberseite aus eine etwa in einem Winkel von 30° zur Vertikalen geneigte Bohrung herge­ stellt, die aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Größe und Formgestalt besteht und einen Abscheideraum 2 bildet. Der obere zylindrische Abschnitt 3 der Bohrung bil­ det den oberen Teil des Abscheideraums mit einem nach oben offenen Gasauslaß 4. In den zylindrischen Abschnitt 3 mün­ det tangential ein Einlaßkanal 5, der mit einem Anschluß­ stutzen 16 an eine nicht dargestellte Schlauchleitung anschließbar ist. Unterhalb des Einlaßkanals 5 schließt sich an den zylindrischen Abschnitt 3 ein sich nach unten verengender, konischer Abschnitt 6 an, dessen Wandfläche gewellt ausgebildet ist. Die Wellen sind durch leicht gewölbte Rippen 7, die sich in Achsrichtung nach unten ent­ sprechend der Konusform verjüngen. Der konische Abschnitt 6 geht in einen ovalzylindrischen Abschnitt 8 über, dessen ovaler Querschnitt so angeordnet ist, daß sein größter Durchmesser in einer vertikalen Ebene liegt. Von dem ovalzylindrischen Abschnitt 8 führt ein kurzer zylindri­ scher Bohrungsabschnitt 9 von geringerem Querschnitt zu einer horizontalen, von einer seitlichen Kontaktfläche 10 ausgehenden Bohrung, die einen Flüssigkeitsauslaß 11 bil­ det.

Der Gasauslaß 4 steht über einen Kanal 12 mit einer zylin­ drischen, einen Ausgangsraum 13 bildenden Bohrung in Ver­ bindung. Im unteren Ende des Ausgangsraums 13 führt eine Querbohrung 14 zur Kontaktfläche 10. Weiterhin mündet in den Ausgangsraum 13 ein Überlaufkanal 15, der über einen Anschlußstutzen 19 an eine nicht dargestellte Schlauchlei­ tung anschließbar ist. Der Überlaufkanal 15 befindet sich unterhalb des Niveaus des Einlaßkanals 5 etwa auf gleicher Höhe mit dem konischen Abschnitt 6, so daß der Flüssig­ keitsstand im Abscheideraum 2 nicht unter den konischen Abschnitt 6 absinken kann. Die oberen Enden des Abscheide­ raums 2 und des Ausgangsraums 13 und der diese verbindende Kanal 12 werden nach ihrer Herstellung durch einen auf den Block 1 aufgeglasten Deckel 20 verschlossen.

An der Kontaktfläche 10 liegt eine Analysenküvette 17 an, deren Meßkammer unten an den Flüssigkeitsauslaß 11 und oben über die Querbohrung 14 an den Ausgangsraum 13 angeschlos­ sen ist.

Bei der Durchführung von Analysen wird durch den Einlaßka­ nal 5 in den zylindrischen Abschnitt des Abscheideraums 2 eine konstant mit Gas durchsetzte Flüssigkeitsmenge einge­ leitet, die durch die tangentiale Anordnung des Einlaßka­ nals 5 in Rotation versetzt wird, wobei durch die Scherung an der Wand vor allem im oberen Teil des konischen Abschnitts 6 vorhandene Gasblasen aufgerissen werden, so daß das freigesetzte Gas in den oberen zum Gasauslaß 4 füh­ renden Raum aufsteigen kann. Gleichzeitig wird durch die wellige Form des konischen Abschnitts 6 eine Verwirbelung bewirkt, durch die der Drehimpuls der Flüssigkeit abgebaut wird, so daß die schon von einem wesentlichen Teil des Gases befreite Flüssigkeit bereits erheblich beruhigt in den als Strömungsberuhigungsraum dienenden ovalzylindri­ schen Abschnitt 8 eintritt. Die ovalzylindrische Quer­ schnittsform trägt zum Abbau eines noch vorhandenen Drehim­ pulses bei und ermöglicht ein Aufsteigen noch vorhandener Gasblasen zum oberen Teil des Abscheideraumes 2. Das Aufsteigen der Gasblasen wird dabei vor allem durch die Neigung des Strömungsberuhigungsraums und seine ovalzylin­ drische Form bewirkt. Beim Verlassen des Strömungsberuhi­ gungsraumes ist die Flüssigkeit in der Regel blasenfrei. Durch den geneigten Bohrungsabschnitt 9 ist auch hier even­ tuell noch vorhandenen Gasblasen die Möglichkeit zum Auf­ steigen gegeben, so daß die Flüssigkeit den Flüssigkeits­ auslaß 11 blasenfrei erreicht. Die Flüssigkeit durchströmt anschließend die Meßkammer 18 der Analysenküvette 17, wobei ihr Absorptionsverhalten fotometrisch gemessen wird. Aus der Analysenküvette gelangt die Flüssigkeit über die Quer­ bohrung 14 in den Ausgangsraum 13, von wo sie über den Überlaufkanal 15 abfließen kann. Das in dem Abscheideraum 2 abgeschiedene Gas gelangt über den Gasauslaß 4 und den Kanal 12 ebenfalls in den Ausgangsraum 13 und verläßt die­ sen auch über den Überlaufkanal 15.

Claims (12)

1. Blasenabscheider zur Abtrennung von Gasblasen aus einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere für einen Flüssig­ keitsspektralanalysator, mit einem Abscheideraum, in den seitlich ein Einlaßkanal für die mit Gas durch­ setzte Flüssigkeit mündet und an seinem unteren Ende einen Flüssigkeitsauslaß für die von Gasblasen befreite Flüssigkeit und an seinem oberen Ende einen Gasauslaß für das abgeschiedene Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (5) im wesentlichen tangential in einen Abschnitt (3) des Abscheideraums (2) mündet, des­ sen Wand die Form einer Rotationsfläche hat.

2. Blasenabscheider nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wand des Abscheideraums (2) an der Mündung des Einlaßkanals (5) zylindrisch ist und daß sich unterhalb der Mündung an den zylindrischen Abschnitt (3) ein sich nach unten verengender konischer Abschnitt (6) anschließt.

3. Blasenabscheider nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wand des Abscheideraums (2) ganz oder teilweise mit einer Struk­ tur versehen ist, die eine erhöhte Scherwirkung in der Flüssigkeit hervorruft.

4. Blasenabscheider nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberfläche der Wand eine große Rauhtiefe hat.

5. Blasenabscheider nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberfläche der Wand quer zur Richtung des Drehimpulses der Flüssigkeit gewellt ist.

6. Blasenabscheider nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wand des konischen Abschnitts (6) sich in Achsrichtung verjüngende, gewölbte Rippen (7) aufweist.

7. Blasenabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Abscheideraums (2) einen Strömungsberuhigungsraum (8) bildet, der zur Vertikalen geneigt ausgerichtet ist.

8. Blasenabscheider nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strömungsberuhigungsraum (8) einen von der Kreisform abweichenden, insbesondere ova­ len oder länglichen Querschnitt hat, wobei der größte Durchmesser des Querschnitts in einer vertikalen Ebene liegt.

9. Blasenabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Strö­ mungsberuhigungsraums (8) oder zusätzlich auch die der übrigen Abschnitte des Abscheideraums (2) zur Vertika­ len im wesentlichen 30° beträgt.

10. Blasenabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstand im Abscheideraum mit Hilfe eines geringfügig unterhalb des Niveaus des Einlaßkanals (5) liegenden Überlaufs (15) stabilisiert wird.

11. Blasenabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch einen quaderförmigen, vor­ zugsweise aus Glas hergestellten Block (1), der mit einer seitlichen Kontaktfläche (10) unmittelbar an eine Analysenküvette (17) anschließbar ist, wobei die Analy­ senflüssigkeit vom Flüssigkeitsauslaß (11) über die Analysenküvette (17) zu einem Ausgangsraum (13) im Block zurückgeführt wird, der einen Überlaufkanal (15) aufweist.

12. Blasenabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (4) über einen Kanal (12) an den Ausgangsraum (13) angeschlossen ist.