DE3017945A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen messen der kohlenwasserstoff-konzentration in einer mehrzahl von separaten probenstroemen mittels flammen-ionisations-detektoren - Google Patents
Vorrichtung zum kontinuierlichen messen der kohlenwasserstoff-konzentration in einer mehrzahl von separaten probenstroemen mittels flammen-ionisations-detektorenInfo
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Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Kohlenwasserstoff-Konzentration
in einer Mehrzahl von separaten Probenströmen mittels Flammen-Ionisations-Detektoren
130046/0458
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einer Mehrzahl
von separaten Probenströmen mittels Flammen-Ionisations-Detektoren, insbesondere zur kontinuierlichen überwachung
der unteren Explosionsgrenze in Beschichtungsanlagen.
Die Anwendung dear Flammen-Ionisation und die Verwendung von
Flammen-Ionisations-Detektoren zur Messung von Kohlenwasserstoff-Konzentrationen
in Gasen oder Luft sind bekannt.
Ein solcher Detektor enthält eine durch ein Brenngas gespeiste Flamme, die entweder in Luft oder Sauerstoff brennt und in
die ein Strom der Substanz eingeführt wird, deren Kohlenwasserstoff-Gehalt gemessen werden soll. An die Elektroden
des Detektors wird eine Gleichspannung gelegt. Zwischen den
Elektroden fließt dann ein Strom, der eine Funktion des Flußanteils an Kohlenwasserstoffen in der Probe ist. Er ist
näherungsweise direkt proportional der Anzahl der Kohlenwasserstoff
atome, die pro Zeiteinheit in die Flamme eingebracht werden.
Flammen-Ionisations-Detektoren werden beispielsweise bei der
Abgasmessung von Kraftfahrzeugen, aber auch in der chemischen
und petro-chemischen Industrie eingesetzt.
Ein anderes Gebiet der Technik, in welchem Gase oder Dämpfe entstehen, die explosibel sein können und überwacht werden
müssen, ist das Gebiet der Beschichtungsanlagen im weitesten Sinne.
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In der Elektro-Industrie beispielsweise werden Drähte mit Isolierstoffen
beschichtet oder ummantelt, in der Möbelindustrie werden Spanplatten mit Furnieren beschichtet, ähnliches gilt
für die Bauindustrie, in der kunststoffbeschichtete Bauplatten, Träger und dgl. hergestellt werden, aber auch für die Verpackungsindustrie,
bei der Bahnen aus einem Trägermaterial ein- oder beidpeitig mit Kunststoffschichten lamelliert werden.
Gemeinsam ist diesen Verfahren, daß die beschichteten Materialier oder Werkstücke durch Trockenanlagen geführt werden, in denen
die beim Beschichten verwendeten Lösungsmittel während des Trocknungsvorganges aus den trocknenden Materialien in Dampfform
austreten und abgeführt werden müssen.
Diese Lösungsmitteldämpfe können hochexplosibel sein und sie werden in der Regel in eine Nachverbrennungsanlage geleitet
und dort verbrannt oder einer Lösungsrnittelrückgewinnungsanlage zugeführt.
Dabei ist zu beachten, daß diese Lösungsmitteldämpfe sich nicht selbst entzünden, was zu schwerwiegenden Explosionen
und Zerstörung der gesamten Beschichtungsanlage führen kann, sondern, daß ihre Konzentration ausreichend weit von ihrer
sogenannten unteren Explosionsgrenze entfernt liegt.
Eine Trocknungsanlage, die einer Beschichtungsanlage der oben genannten Art nachgeschaltet ist, umfaßt eine Mehrzahl von
einzelnen Trockenkammern, in denen Lösungsmitteldämpfe unterschiedlicher Konzentration entstehen, die alle zu überwachen
sind.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die in den einzelnen Trockenkammern entstehenden Gase oder Dämpfe mit Hilfe von
Wärmetönungsmeßverfahren zu überwachen.
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BAD ORIGINAL
Nachteilig bei dieser Methode ist, daß die Katalysatoren
relativ träge reagieren und ihre Ansprechzeit, auf Veränderungen
der Konzentration mehrere Sekunden beträgt. Sie sind ferner für sehr geringe Anteile an Kohlenwasserstoffen in den zu
messenden Gasen nicht empfindlich genug. Außerdem werden
die Katalysatoren durch Stoffe vergiftet, die in Lackrohstoffen
enthalten sind, z.B. Schwermetalle oder Schwefelverbindungen, wodurch ihre Standzeit auf einige Stunden herabgesetzt wird. Außerdem können bei Anwesenheit von Silikonen
die Katalysatoren bzw. ihre Trägermaterialien durch die Silikone verklebt werden.
Es wurde ferner vorgeschlagen, von jeder Trocknungskammer
eine Probe des zu messenden Gases über eine Rohrleitung ab^·
zuziehen und mittels entsprechender Steuerventile jede dieser Proben nacheinander durch einen Flammen-Ionisations-Detektor
zu leiten, in welchem der Kohlenwasserstoffanteil der einzelnen Probengasmengen gemessen wird.
Nachteilig hierbei ist vor allem, die bei diesem System unvermeidliche
diskontinuierliche Messung. Auch steht von der gesamten
für jede Probengasmenge zur Verfügung stehenden Zeit
nur ein Bruchteil davon für die eigentliche Messung zur Verfügung, da vor Beginn der Messung die Reste der vorherigen
Probe aus den Leitungen und dem Brenner des Detektors fortgespült
werden müssen. Wenn beispielsweise alle 10 Sekunden auf
eine andere Probe umgeschaltet wird, so sind 8 Sekunden erforderlich, um die Reste der vorigen Probe zu entfernen und
nur 2 Sekunden stehen für die eigentliche Messung zur Verfügung.
Auch hier ist aber nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen, daß in dem Meßgas noch Reste der vorherigen Probe enthalten
sind- Schließlich ist das Proben-ümschaltsystem, d.h. ein
Magnetventil für jede Probenleitung sowie eine entsprechende elektrische oder elektronische Ansteuerung relativ aufwendig
und es sind Meßwertspeicher erforderlich, um eine quasi-kontinuier-
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liehe Steuerung bzw. Messung zu erzielen.
Eine kontinuierliche Messung und überwachung der Gase in allen
Trockenkammern wäre nun dadurch erreichbar, daß für jede Trockenkammer ein Flammen-Ionisations-Detektor mit entsprechenden
Zuleitungen verwendet wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht,
die Kohlenwasserstoff-Konzentration einer Mehrzahl von verschiedenen Gasströmen kontinuierlich und in vergleichbarer
Weise zu messen bzw. zu überwachen.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jedem Probenstaom ein Flammen-Ionisations-Detektor zugeordnet ist,
dem der jeweilige Probsnstrcm separat zuführbar ist, und daß
alle Flammen-Ionisations-Detektoren in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, die auf einer vorgegebenen Temperatur
gehalten ist.
Diese Maßnahmen ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung
der Gase in jeder einzelnen Trocknungskammer und ihren Vergleich untereinander ohne störende Einflüsse aufgrund unterschiedlicher
oder wechselnder Temperaturen«
Da die Flammen-Ionisations-Detektoren eine Ansprechzeit von unter 1 Sekunde haben, können ohne Verzögerung entsprechende
Maßnahmen getroffen werden, wenn sich die Zusammensetzung eines Probengases in unerwünschter Weise verändert, d.h. sich z.B.
zu nahe., auf die untere Explosionsgrenze zu bewegt, wobei es jedoch erwünscht ist, nahe, z.B. bei 25% der unteren Explosionsgrenze der Gase oder Dämpfe zu arbeiten, um die für die Nach-
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Verbrennung erforderliche Zusatzenergie möglichst gering zu
halten.
Schließlich können Gase oder Dämpfe, deren Kohlenwasserstoff-Konzentration
unter der für die Atmosphäre zulässigen Grenze liegt, sofort direkt in die Atmosphäre abgeführt werden.
Zweckmäßigerweise liegt die Temperatur in der Kammer bei etwa
18O°C, d.h. über dem Taupunkt der beteiligten Dämpfe oder
Vorzugsweise werden alle Flammen—Ionisations-Detektoren von
\ einer gemeinsamen Brenngaszufuhr und einer gemeinsamen Brennluftzufuhr gespeist und sie sind ferner an eine gemeinsame
elektrische Energiequelle angeschlossen.
Das Brenngas, die Brennluft und die Probengase können hierbei den Detektoren über Kapillaren zugeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden vorzugsweise
auch Hilfsaggregate, wie Druckregler und Zufuhrleitungen für
Brenngas, Brennluft und Probengase sowie Pumpen für die einzelnen
Probengase in der gemeinsamen Kammer untergebracht.
Auf diese Weise werden für die Hilfsaggregate, insbesondere
für die Zufuhrleitungen, gleiche und konstante Temperaturverhältnisse
geschaffen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert, in der
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Fig. 1 schematisch einen bekannten Flammen-Ionisations-Detektor darstellt.
Fig. 2 zeigt schematisch zwei Flammen-Ionisations-Detektoren,
die zusammen mit Hilfsaggregaten in einer gemeinsamen
Kammer untergebracht sind, die auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
Fig. 1 zeigt einen Flammen-Ionisations-Detektor 10 mit einem Gehäuse, in welchem ein Brenner 12 angeordnet ist. Im Gehäuse
sind ferner im Bereich der Brennerflamme Elektroden, z.B. eine Ringelektrode 14 und eine Stabelektrode 16 angeordnet,
die über Leitungen 18, 20 an eine nicht-gezeigte elektrische Energiequelle angeschlossen sind.
Dem Brenner 12 wird über eine Leitung 22 ein Oxidationsmittel, z.B. synthetische Luft, über eine Leitung 24 ein
Brenngas, z.B. Wasserstoff, und über eine Leitung 26 das zu untersuchende Proben-Gas zugeführt. An den Elektroden
und 16 liegt eine Gleichspannung und infolge der Ionisation im Bereich der Flamme des Brenners fließt zwischen ihnen ein
Strom, der eine Funktion des Flußanteiles an Kohlenwasserstoffen des zu untersuchenden Gases ist.
Brenner dieser Art erlauben es, Konzentrationen von einigen ppm bis in den hohen Prozentbereich linear zu messen. Ihre
Ansprechzeit liegt unter 1 Sekunde und der zwischen den Elektroden fließende Strom ist annähernd direkt proportional
der Anzahl der Kohlenwasserstoffatome, die pro Zeiteinheit in
die Flamme eingebracht werden, und damit der unteren Explosionsgrenze unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe.
Der Detektor 1o nach Fig. 1 ist ferner mit einem Auslaß 2 8 zur
Abfuhr der Verbrennungsgase versehen.
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_10_ 30Π9Λ5
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2 umfaßt eine
Kammer 30, die beheizt ist und mittels eines nicht-dargestellten
Temperaturreglers auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur, z.B. auf 1800C gehalten wird.
In der Kammer 30 sind zwei Flammen-Ionisations-Detektoren 32., 34,
nachfolgend kurz FID genannt, untergebracht, es wird aber betont,
daß auch eine größere Anzahl von FID's in der Kammer 30 angeordnet
werden kann und in der Praxis auch angeordent wird.
Beiden FID 1S wird über eine gemeinsame Leitung 36 Brennluft
zugeführt, deren Druck über ein Druckregelventil 38 eingestellt und durch ein Manometer 40 angezeigt wird. Über eine
gemeinsame Leitung 42 wird den beiden FID's ein Brenngas,
z.B. Wasserstoff zugeführt, dessen Druck durch ein Druckregelventil 44 eingestellt und an einem Manometer 46 angezeigt
wird.
Der FID 32 erhält über eine Leitung 50 und eine Pumpe 52 ein Probengas zugeführt, das z.B. aus einer Trockenkammer einer
Beschichtungsanlage abgezogen wird, wie oben erläutert. Mittels eines Druckregelventiles 58 wird der Rückdruck in
der Leitung 50 eingestellt und durch ein Manometer 60 angezeigt.
Dem FID 34 wird über eine Leitung 54 und eine Pumpe 56 ein
anderes Probengas zugeführt, das z.B. aus einer anderen Trocknungskammer der vorgenannten Beschichtungsanlage stammt.
Der Druck in der Leitung 54 wird durch ein Druckregelventil eingestellt und von einem Manometer 64 angezeigt.
Die Brenluft, das Brenngas und die Probengase werden den beiden Detektoren über Kapillaren 48 zugeleitet und der Überschuß abgeführt
bzw. ggf. in den jeweiligen Kreislauf rückgeführt, wie
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durch Pfeile 82 angedeutet.
Der FID 34 hat eine Stabelektrode 70 und eine Ringelektrode und der FID hat eine Stabelektrode 6 8 und eine Ringelektrode
78. Die beiden Stabelektroden 68 und 70 sind mittels einer gemeinsamen elektrischen Leitung 66 an eine elektrische Spannungsquelle 72 von z.B. 200 V angeschlossen. Die beiden Ringelektroden
78 und 80 sind an separate Verstärker angeschlossen, die eine gemeinsame Spannungsversorgung 74 haben von z.B. jf 15 Volt.
Anstelle einer Stab- und einer Ringelektrode können auch zwei halbe Ringelektroden verwendet werden, von denen jede
in Form eines halben Ringes mit einem Umfangswinkel von
z.B. 180° ausgebildet ist.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind mithin beide FID1S einschließlich
ihrer Zufuhrleitungen und der Hilfsaggregate in der gemeinsamen Kammer 30 angeordnet, so daß die FID's, die
Zuleitungen, die Kapillaren und die Hilfsaggregate sämtlich
auf derselben Temperatur gehalten sind, wodurch Verfälschungen der Meßwerte infolge unterschiedlicher Temperaturen ausgeschaltet
sind. Sämtliche FID's haben eine gemeinsame Luftversorgung, eine gemeinsame Brenngasversorgung und ihre Elektroden
liegen an denselben Spannungsquellen.
Die einzelnen Probengase, die z.B. aus verschiedenen Trockenkammern
einer Beschichtungsanlage stammen, werden den einzelnen FID's jedoch getrennt zugeführt, wobei je ein FID je einem
Probengas bzw. je einer Trockenkammer zugeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, mehrere Meßstellen
kontinuierlich unter Einhaltung sehr kurzer Ansprechzeiten zu überwachen, dabei aber Meßwertverfälschungen infolge
unterschiedlicher Temperaturen auszuschalten.
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Leerseite
Claims (6)
- PatentansprücheVorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einer Mehrzahl von separaten Probenströmen mittels Flammen-Ionisations-Detektoren, insbesondere zur kontinuierlichen Überwachung der unteren Explosionsgrenze in Beschichtungsanlagen, dadurch gekennzeichnet , daß jedem Probenstrom ein Flammen-Ionisations-Detektor (32, 34) zugeordnet ist, dem des jeweilige Probenstronu separat zuführbar ist und daß alle Flamme.n-Ionisations-Detektoren in einer gemeinsamen Kammer (30) angeordnet sind, die auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur im wesentlichen 18O°C beträgt.
- ο Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Flammen-Ionisations-Detektoren (32, 34) von einer gemeinsamen Brenngas-Zufuhr (42) und von einer gemeinsamen Brennluft-Zufuhr (36) gespeist sind.
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flammen-Ionisations-Detektoren (32, 34) an eine gemeinsame Energiequelle (72, 74) angeschlossen sind.
- 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Brenngas, die Brennluft und die Probengase den Flammen-Ionisations-Detektoren (32, über Kapillaren (48) zuführbar sind.130046/0458
- 6.. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Kammer (30) auch Hilfsaggregate, wie Druckregler (38, 44, 58, 62) und Zufuhrleitungen (36, 42, 50, 54) für Brenngas, Brennluft und Probengase, sowie Pumpen (52, 56) für die einzelnen Probengase untergebracht sind.13004670458
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