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Einrichtung zur fortlaufenden Analyse von Gas- und Dampfgemischen.
Man hat schon vorgeschlagen, fortlaufende Analysen von Gas- und Dampfgemischen vorzunehmen
durch Verzweigung eines Gasstromes in drei Teile, in denen Drosselstellen, chemische
Absorptionsmittel und druckregelnde Flüssigkeitstauchungen eingebaut sind. Auch
ist schon eine Reihe von rein physikalischen Methoden bekannt, die ohne Mithilfe
chemischer Prozesse eine fortlaufende Analyse von Gasgemischen auf einen bestimmten
Bestandteil ermöglichen. So ist schon die Veränderung der Dichte oder der inneren
Reiburyg eines Gasgemisches gegenüber von Luft für selbsttätig anzeigende Apparate
verwendet worden. Es wurde z. B. das zu prüfende Gas durch zwei hintereinandergeschaltet!e
Drosselstellen geschickt, von denen die erste den Gasstrom durch starke Reibung
drosselte, also etwa aus einer Kapillare bestand, die zweite hingegen möglichst
reibungslos durch Stauung drosselnd wirkte, z. B. durch eine gelochte Membran gebildet
wurde. Der zwischen beiden Drosselstellen sich einstellende Gasdruck, dessen Höhe
ein Maß für die Zusammensetzung des durchgeschickten Gasgemisches ist, wurde mittels
eines Gasdruckrnessers dauernd aufgezeichnet. Oder es wurde zur Ausschaltung des
Einflusses von Temperaturschwankungen auf die Ergebnisse noch mit einem Vergleichsgase,
z. B. reiner Luft, gearbeitet, die mit demselben Druck wie das zu prüfende Gasgemisch
durch eine in gleicher Weise eingerichtete, also ebenfalls mit zwei hintereinanderliegenden
Drosselstellen versehene Leitung geschickt wurde. Je nach der Zusammensetzung des
zu prüfenden Gasgemisches ist dann die Differe= der Gasdrucke in den Räumen zwischen
den Drosselstellen in beiden Leitungen verschieden groß. Ein mit beiden Räumen in
Verbindung gesetzter Differenzgasdruckmesser kann zur fortlaufenden Anzeige oder
Registrierung der Zusammensetzung des Gasgemisches dienen. Dabei war es notwendig,
die störenden Einflüsse der unvermeidlichen Druck-und Temperaturschwankungen des
Gasgemisches sowohl wie der Vergleichsluft durch besondere Vorsichtsmaßregeln zu
beseitigen. Zum Teil wurde dies erreicht durch Differentialanordnungen zwischen
Luft und Gasgemisch und Einbau von Druckreglern bzw. Kompensationsvorrichtungen,
zum Teil unter Verzicht auf fortlaufende Anzeige durch periodisches Abfangen eines
konstanten Volumens unter festgelegten Druck- und Temperaturverhältnissen.
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Eine fortlaufende Analyse von Gasen und Dampfgemischen mittels Verzweigung
in drei Teile und Drosselung läßt sich nun auf Grund vorliegender Erfindung ohne
chemische Absorption und ohne Zuhilfenahme von Luft als Vergleichsgas und ohne Druckregler
so gut wie unabhängig von den unvermeidlichen Druck- und Temperaturschwankungen
auf rein physikalischem Wege erreichen.
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Eine Ausführung der Erfindung sei an Hand beiliegender schematischer
Zeichnung (Abb. i) näher erläutert. Ausgehend von der
Tatsache,
daß sich in den meisten wissenschaftlich und technisch verwerteten Gasgemischen
mit der Zusammensetzung die Dichte oder die innere Reibung oder diese beiden Größen
zugleich. ändern, wird das zu analysierende Gasgemisch allein ohne Zuhilfenahme
von Absorptionsmitteln und von Luft als Vergleichsgas zur Analyse verwendet. Das
in bekannter Weise mit Hilfe des eigenen Überdrucks oder mittels einer Pumpe der
Leitung L entnommene und in drei, zur Verm@eidung von Temperaturdifferenzen tunlichst
nahe beieinander verlegte Leitungen I, II, III verzweigte Gasgemisch wird zu einem
Teil in der Leitung I durch das Tauchrohr T einer Fl.üssigkeitstauchung und von
da aus in die Atmosphäre bzw. in die besagte Pumpe geleitet, während,ein anderer
Teil durch die beiden anderen Leitungen II und III direkt in die Atmosphäre bzw.
in die Pumpe geführt wird. Die Flüssigkeitstauchung in der Leitung I dient zur Erzeugung
der notwendigen" auch bei Druckschwankungen konstanten Druckdifferenzpl zwischen
Ein- und Ausgang der beiden anderen Leitungen. II und III. Dies wird erreicht durch
Verbindung des Tauchrohres mit der Leitung I und des Flüs: sigkeitsspiegels mit
dem Ausgang der Leitungen II und III. Leitung I enthält keine besonderen Widerstände
und hat außerdem den. Zweck, das Gas aus der Probestelle in solchen Mengen abzuführen,
daß Veränderungen in der Zusammensetzung des Gases auch bei weiterer Entfernung
von der Probeentnahme und bei etwa zur Reinigung des Gemisches notwendigen größeren
Räumen (Staubfilter; Wasserabscheider, Trockenvorrichtungen, Absorptionsvorrichtungen
für bei der Analyse störende oder veränderliche Bestandteile) genügend rasch zur
Anzeige kommen. Die beiden anderen Leitungen dienen erfindungsgemäß zur Erzeugung
der mit der Zusammensetzung des Gemisches veränderlichen Druckdifferenz p2, die
zur Messung des Gehaltes; an einem bestimmten Bestandteil dient. Um eine solche
Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gasgemisches auf rein
physikalischem Wege zu erhalten, sind zwei mit an sich bekannter Wirkung hntereinandergeschaltete
Drosselstellen, bestehend aus je seiner möglich sät reibungslos durch Stauung drosselnden
a2 bzw. a3 (dünne durchlochte Platten) und je lei;ner durch starke Reibung
drosselnden b2 bzw. b3 (poröser Propfen oder Kapillar(e) in beiden Leitungen, und
zwar erfindungsgemäß in entgegengesetzter Reihenfolge bezüglich der Gasströmungsrichtung,
,eingebaut, damit der zwischen den beiden Drosselstellen sich einstellende Druck
bei Veränderung der Gaszusammensetzung in entgegengesetztem Sinn sich ändert. Dadurch
wird nämlich in den beiden Leitungen II und III die mittels der Tauchung T konstant
i gehaltene Druckdifferenz p1 entsprechend der Dichte und Reibung des Gasgemisches
auf die beiden Drosselstellen a2 und b2 bzw. a3 und b3 verschieden verteilt. Zur
Messung der Druckänderungen dient ein auch für Registrierung ausführbarer Differenzdruckmesser
D (z. B. Flüssigkeits-, Platten,., Röhrenfedermanometer, Schwimmermanometer, Druckwaage),
der mit seinen beiden Eingängen je an einer der beiden Leitungen II und III arr
den zwischen den beiden Drosselstellen a2 und b2 bzw. a3 und b3 liegenden Raum angeschlossen
ist. Er kann empirisch in Prozenten des zu analysierenden Bestandteiles oder in
anderem Maße geeicht sein.
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An Stelle oder zugleich mit dem Differenzdruckmesser können optische
oder akustische Signal- oder auch. Steuervorrichtungen für Ventile, welche die Gaszusammensetzung
regeln, oder ähnliche Einrichtungen verwendet werden.
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Es ist unter Umsttänden zweckmäßig, bei der Ausführung des vorliegenden
Verfahrens, das 'den Vorteil größter üb.ersichilichkeit seiner Wirkungsweise im
einzelnen bietet, Kontrolleinrichtungen für die sichtbare Einstellung vorzusehen,
z. B. je einen Flüssigkeitsdruckmesser für die Gesamtdruckdifferenzpl, an :den-drei
Leitungen. und für die Druckdifferent p2 zwischen den zwei Drosselpaaren, letzterer
unabhängig von dem angebrachten registrierenden Druckmesser, zwecks Prüfung der
Empfindlichkeit mit bekannten Gasgemischen (z. B. mit Luft und Kohlensäure bei Anwendung
auf Rauchgasanalysen).
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Eine einfache Ausführungsform des Verfahrens mit diesen Kontrolleinrichtungen
zeigt die Abb. z als Beispiel. Bei dieser bedeutet i das Zuführungsrohr für das
Gasgemisch, a ,eine Wasch- bzw. Absorptionsflasche,, 3 die Zuleitung, 4 ein Staubfilter,
5 die zur Tauchung 6 führende Verzweigung, 7 ein Sicherheitstauchventil, 8 und 9
de. beiden Drosselstellenpaare a2 und ,b2 bzw. a3 und b3 enthaltenden Verzweigungen,
i o den zur Messung der Gesamtdruckd@fferenz pl dienenden Kontrolldruckmesser, i
i den zur Kontrolle, i z den zur Registrierung der Analyse dienenden Differenzdruckmesser
und 13 die das Ge-misch durch die Meßvorrichtung saugende Strahlpumpe.
Die Ausführung kann im einzelnen unter Wahrung des Erfindungsgedankens vielseitig
abgeändert werden. Z. B. kann die Pumpe wegbleiben, wenn der Druck des Gasgemisches
selbst ausreicht, um die nötigen Druckdifferenzen zu erzeugen. Die Tauchung kann
durch andere bekannte, z. B. Membran- oder Glockendruckregler, ersetzt,
endlich
können auch Druckmesser von beliebig anderer Ausführung benutzt werden.
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Es ist zweckmäßig und leicht zu erreichen, die Drosselung so zu verteilen,
daß die Drucke zwischen je zwei Drosselstellen in beiden Leitungen bei einer bestimmten
Gesamtdruckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang für in bestimmtes, z. B. das für
einen besonderen Zweck geeignetste Gasgemisch gleich werden, so daß der Differenzdruckmesser
bei normalen Verhältnissen keine Druckdifferenz anzeigt. Man wird eine solche Nullage
besonders dann bevorzugen, wenn man ein Gasgemisch auf leinen in kleinen Mengen
auftretenden Bestandteil analysieren will (z. B. Rauchgas auf Kohlensäure) und wenn
man, wie beim Nachweis von sehr kleinen Spuren von Verunreinigungen in einem Gas
(z. B. von Sauerstoff in Wasserstoff) oder von giftigen oder :explosionsgefährlichen
Beimengungen in Luft (z. B. Kohlenoxyd oder schlagende Wetter), besonders hohe Empfindlichkeit
der Anzeige erreichen will. Durch Versuche wurde festgestellt, daß sowohl die Nullage
als auch. die Größe des Ausschlages bei einer bestimmten Änderung der Gaszusammensetzung
unabhängig ist von Druckschwankungen an der Probeentnah mestelle, so wurde z. B.
gefunden, daß bei Änderung des Druckes vor der Verzweigungsstelle um q.o mm Was;
sersäule am Differenzdruckmesser keine Änderung auftrat. Zugschwankungen bringen
also bei der Rauchgasanalyse nach vorliegendem Verfahren keine Fehler. Das Verfahren
ermöglicht daher, vor die Meßvorric'htung alle möglichen Reinigungs- oder Absorptionsvorrichtungen,
die mt starken Druck-Schwankungen arbeiten, z. B. auch Waschflaschen mit beträchtlicher
Tauchung, einzuschalten, ohne die Anzeigen des Apparates! zu fälschen. So ist bei
der Rauchgasprüfung der Einbau von nassen Staubfiltern, beim Analysieren von Gasgemischen,
die aus mehr wie zwei Bestandteilen bestehen, das Absorbieren ,(Auswaschen) der
für die Analyse nicht erwünschten Bestandteile ermöglicht.
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Weitere Versuche haben ergeben, daß auch Temperaturschwankungen des
eintretenden Gasgemisches bzw. des Raumes, in dem die Messung vorgenommen wird,
so gut wie keinen Einfluß auf die Richtigkeit der Anzeigen haben, wie dies
auch theoretisch zu erwarten ist. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip, unter
Vermeidung von chemischen Absorptionsmitteln und von Vergleichsluft das Gasgemisch
selbst'mit Hilfe der Veränderung se_ner Dichte und seiner Reibung zu analysieren,
bietet in allen seinen Ausführungsformen vor allen bekannten Methoden den großen
Vorteil, daß es in denkbar einfachster Weise, bei unter Druck entstehenden Gasen
sogar ohne Zuhilfenahme irgendwelcher Hilfsenergie (Elektrizität, Druckluft, Wasser),
unabhängig von Druckschwankungen in der Leitung (z. B, bei den starken Veränderungen
des Zugs in Dampfkesselanlagen oder bei den erheblichen Schwankungen des Gasometerdruckes
bei unterteilten Gasometerglocken) ohne Nullpunktverschiebung und ohne Veränderung
der Empfindlichkeit ununterbrochen fortlaufende, zuverlässige Anzeigen liefert.
Die Empfindlichkeit kann dabei durch Anwendung hoher Druckdifferenz z. B. mit Quecksilbertauchung)
außerordentlich hoch getrieben werden. Als weitere Vorzüge des Verfahrens sind zu
erwähnen die Schnelligkeit der Anzeige und die augenfällige Einfachheit und Billigkeit
der Ausführung; alle Teile können aus Glas angefertigt, auf kleinem Raume und vollkommen
sichtbax untergebracht werden. Bei Verwendung von Staubfiltern und Trockengefäßen
ist das Verfahren vollkommen betriebssicher und keinerlei Abnutzung ausgesetzt.