DE7211657U

DE7211657U - Vorrichtung zur kontinuierlichen Polarographie von Inhaltsstoffen von Prozeß-Strömen

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Publication number: DE7211657U
Application number: DE7211657U
Authority: DE
Original assignee: GES F KERNFORSCHUNG MBH
Current assignee: GES F KERNFORSCHUNG MBH
Publication date: 1972-08-31

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Polarographie von Inhaltsstoffen von Prozeß-Strömen.

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Polarographie von Inhaltsstoffen von aus einem Prozeß entnommenen Flüssigkeitsmengen.

Werden bei der Überwachung von Prozeßströmen diskontinuierliche Analysen durchgeführt, so sind die gewünschten Informationen aus den Analysenergebnissen häufig nur mit beträchtlicher Verzögerung zu erhalten. Die Entwicklung kontinuierlich messender Analysengeräte zur Konzentrationsbestimmung prozeßwichtiger Inhaltsstoffe von Prozeßströmen ist daher überall dort erforderlich, wo eine solche Verzögerung die Sicherheit eines Prozeßablaufs beeinträchtigen könnte.

Eine derartige Vorrichtung, die allerdings ausschließlich für die Uranbestimmung in Abwasserströmen eines. Uran-Rückgewinnungs- und Extraktionsprozesses verwendet werden kann, hat R.C. Probst in

"In-line polarography of uranium in process w^ste" (Report-Nr. DP-572, E.I. du Pont de Nemours Co., Savannah River Laboratory, Aiken, South Carolina, USA, Juni 1961) beschrieben. Diese Vorrichtung dient zur Kontrolle der Funktionstüchtigkeit der Extraktionsanlage und zeigt Urankonzentrationen im Abwasser und somit unvorhergesehene UrarVerluste an.

Solche Vorrichtungen sind, wie auch das Meßverfahren selbst, im allgemeinen bezüglich Dauerbetrieb recht störanfällig. Zwar können Störungen der polarographischen Bestimmung durch im Abwasser vorhandene Ionen, wie Cer (IV)-, Eisen (III)-, Plutonium (IV)- Ionen etc., durch Zugabe von Ascorbinsäure beseitigt werden, doch ist durch Korrosion der mit korrosiven. Medien in Berührung stehenden Teile oder durch mechanische Abnützung stark beanspruchter Teile die Betriebsdauer bei kontinuierlichem Betrieb beschränkt und die Betriebssicherheit, besonders bei automatischem Betrieb, nicht im erforderlichen Maße gewährleistet.

Der Neuerung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die auf polarographischem Wege Kc ?.entrationen von Inhaltsstoffen eines Prozeßstromes kontinuierlich mißt. Die Vorrichtung soll, lediglich durch Auswechseln weniger Einzelteile, allgemein verwendbar sein, also für die Konzentrationsmessung ut.d somit für die überwachung aller polarographisch bestimmbaren Inhaltsstoffe eines zu untersuchenden Prozeßstromes geeignet sein und ein hohes Maß an Betriebssicherheit, sowie eine lange Betriebsdauer bei kontinuierlichem Betrieb aufweisen. Außerdem soll die Vorrichtung als Ganzes auswechselbar in jede dafür vorgesehene Bypass-Leitung einpaßbar sein und in Verbindung mit einem mit auswechselbarem Programmschaltwerk versehenen Steuerteil, sowie in Verbindung mit einer Meßelektronik und einem Schreiber für die kontinuierliche überwachung eines Prozeßstromes verwendbar sein, so daß die Konzentrationen der Inhaltsstoffe jeweils in vorgegebenen, und sich wiederholenden, selbsttätig ablaufenden oder vonhand gesteuerten Zyklen sicher gemessen und die M3ßsignale einwandfrei registriert werden können.

Di 3 Aufgabe Wi.. i neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Dosiergefäß 6 zum Dosieren der aus dem Prozeß entnommenen Flüssigkeitsmengen an Prozeßlösungen und zum Dosieren von Eichlösungen, ein Mischgefäß 7 mit einer der Höhe nach verschiebbaren Dosierelektrode 7a zum Dosieren der Reagenzien und einer auswechselbar angeschlossenen Kapillarspirale 8, ein Meßgefäß 9 mit Quecksilbertropfelektrode 11 mit erzwungener Tropfenfolge und Vergleichselektrode 12, ein Taktgeber 10 zur Erzwingung der Tropfenfolge an der Quecksilbertropfelektrode, ein Quecksilberauffanggefäß 26, mindestens ein bei Funktionsstörung eines Vorrichtungsteils bzw. bei sicherheitswidrigem Austreten einer Flüssigkeit ansprechender Feuchtefühler 13, eine Flüssigkeits-Niveau-Überwachungseinrichtung 3O, und Kittel 17, 19, 21, 24, 27 zum Verschließen und Öffnen der Gefäße und/oder der Verbindungsleitungen zwischen den Gefäßen zu einer baulichen Einheit kleinster Abmessungen in einem mit Zu- und Ableitungen und Entlüftungen versehenen, geschlossenen Behälter 1 kastenförmig und raumsparend vereinigt sind.

Vorteilhafterweise sind die Mittel 17, IS, 21, 24, 27 zurr, Verschließen und Öffnen der Gefäße und/oder Verbindüngsleitungen von Hand bedienbare und/cJer fernsteuerbare Ventile.

In einer besonderen Ausgestaltung der Neuerung ist das an seinem oberen Ende mit je einer aus der baulichen Einheit herausragenden Prozeßlösungs-Zuleitung 5 und mit einem Eichlösungsvorratsgefäß verb?ndbaren Zuleitung 15 und mit einem Entlüftungsröhrchen 16 versehene und einen Überlauf 14 aufweisende Dosiergefäß 6 mittels eines an seinem unteren Ende angebrachten Ventils 17 mit dem Mischgefäß 7 verbunden und über diesem angeordnet.

In einer weiteren Ausbildung der Neuerung ist das mit einem Inertgaseinleitungsrohr 18 mit Ventil 19 und mit einem Entlüftungsröhrchen 20 versehene Mischgefäß 7 über ein Ventil 21 mit dem Meßgefäß 9 verbunden und über diesem angeordnet. Über dem Mischgefäß 7 ist an dessen oberen Ende eine Kapillarspirale 8 auswechselbar angeschlossen mit einem Ventil 27 an der tiefsten Stelle und mit einer au- der baulichen Einheit herausragenden, mit einem durch ein Ven-

til verschließbaren Reagenzien-Vorratsgefäß verbindbaren Zuleitung

28 am oberen Ende der Kapillarspirale 8. Weiterhin sind eine aus der baulichen Einheit herausragende, mit einem Quecksilbervorratsgefäß verbindbare Zuleitung 22 über der mit dem Taktgeber 10 versehenen Quecksilbertropfelektrode 11 und diese wiederum über dem mit einem Entlüftungsröhrchen 23 ausgestatteten Meßgefäß 9 angeordnet. Unter dem Meßgefäß 9 ist einerseits ein Ventil 24 zur Ableitung der ausgemessenen Prozeßlösung, andererseits zur Ableitung des Quecksilbers ein Siphon 25 mit einem Entlüftungsröhrchen

29 über dem Quecksilberauffanggefäß 26 angeordnet.

Es ist von Vorteil, wenn der Feuchtefühler 13 im wesentlichen aus mehreren- auf kurzzeitige Benetzung ansprechenden Elektrodenpaaren besteht und wenn diese netzförmig angeordnet sind.

In einer weiteren Ausbildung der Neuerung ist die Flüssigkeits-Niveau-Überwachungseinrichtung 30 am Quecksilberauffanggefäß 26 am oberen Ende angeordnet und mit einem Elektrodenpaar ausgestattet.

Eine beonders praktische Ausführung der Neuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter 1 mit einer Sichtscheibe 2 versehen ist und mit einer einfachen Entlüftungseinrichtung 3, in die die Entlüftungsröhrchen 16, 20, 23 und 29 einmünden, ausgestattet ist. Vorteilhafterweise sind die Ventile Magnetventile.

Die unten aufgeführte Zeichnung stellt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die Neuerung dar, ohne jedoch die Neuerung auf dieses Beispiel zu beschränken.

In einem geschlossenen Behälter 1, der zur Beobachtung der Einzelteile der Vorrichtung, mindestens aber zur Beobachtung des Meßgefäßes 9 mit einer Sichtscheibe 2 versehen ist, sind in raumsparender Weise die Dosier-, Misch-, Meß- und Sammel-Gefäße, Ventile, Verbindungslcitvngen, Elektroden und die Entlüftungseinrichtung so 7λ\ einer baulichen Einheit kleinster Abmessungen angeordnet, daß die Vorrichtung an beliebiger Stelle eines Prozeßstromes angeschlossen werden kann, beispielsweise als Bypass oder in eine dafür vor-

gesehene Bypass-Leitung, lediglich durch Anschließen der Prozeßlösungs-Zuleitung 5 und Ableitung 4.

Durch die Prozeßlösungs-Zuleituny 5 fließt entweder ständig oder zeitweise ein Teilstrom in das Dosiergefäß 6. überschüssige Prozeßlösung wird dabei über den Überlauf 14 und die Ableitung 4 sofort wieder in den Prozeßstrom zurückgeführt. Bei geschlossenem Ventil 21 und geöffneten. Ventil 17 gelangt die zu untersuchende Prozeßlösungsmenge, bzw. im Falle der Durchführung von Eichmessungen die aber die Zuleitung 15 einfließende Eichlösungsmenge, in das Mischgefäß 7, wonach das Ventil 17 wieder geschlossen wird. Durch das Inertgaseinleitungsrohr 18 wird bei geöffnetem Ventil 19 ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, zum Austreiben von während der Messung störendem Sauerstoff in die Prozeßlösung, bzw. in das Mischgefäß 7 eingebracht und kann durch das Entlüftungsröhrchen 20 und die Entlüftungseinrichtung 3 wieder entweichen. Die zur Messung bp^ötigten Zusatzlösungen werden in bestimmten Mengen bei geöffnetem Ventil 27, das mit der Dosierelektrode 7a gekoppelt ist, aus der Spirale 8, durch deren Form ein Iangsarri3s Einlaufen einer gewünschten Menge gewährleistet ist und die über die Zuleitung 28 versorgt wird, in das Mischgefäß 7 gegeben,- wo sie durch den einperlenden Stickstoff etc. mit der Prozeßlösung gut durchmischt werden. Danach wird zumindest das Ventil 27 wieder geschlossen, das Ventil 21 geöffnet, damit bei geschlossenem Ventil 24 die zur Messung vorbereitete Mischlösung in das Meßgefäß 9 abfließen kann. Die Messung erfolgt mit Hilfe einer Quecksilbertropfelektrode 11 mit durch einen Taktgeber

10 erzwungener Tropfenfolge, mit einer Vergleichselektrode 12, z.B. mit einer Kalomelelektrode, und wahlweise mit einer Hilfselektrode, z.B. mit einer Platinelektrode 31. Die Quecksilbertroprelektrode

11 wird über eine Zuleitung 22 mit Quecksilber versorgt. Die Quecksilbermenge im Meßgefäß 9 bleibt über die gesamte Betriebsdauer hinweg konstant, Ua das Meßgefäß zur Ableitung des Quecksilbers mit einem Siphon 25 verbunden ist, der in ein Quecksilber-Sammelgefäß 26 mündet. Hieraus können durch eine Quecksilber-Ableitung 32 Quecksilber-Chargen zur Reinigung abgezogen werden, ohne daß eine Messung gestört wird. Meßgefäß 9 und Quecksilbersammeigefäß 26, zusammen mit Siphon 25, werden durch die Röhrchen 23 und 29 entlüftet, die ebenfalls in die Entlüftungseinrichtung 3 münden. Nach der Messung wird da£ Ventil 24 geöffnet, so daß die ausgemessene Lösung durch die P:.ozeßlösungs-

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ableitung 4 abfließen kann und das Meßgefäß 9 für eine neue Messung zur Verfügung steht. Bei sicherheitswidrigem Austreten von Flüssigkeit aus einem Vorrichtungsteil spricht sofort der Feuchtefühler 12 an, der zumindest über einem an der tiefsten Stelle des Behälters 1 befindlichen Ablauf 33 angeordnet ist.

Die Vorrichtung kann mit einem Steuerteil mit auswechselbarem Programmschaltwerk verbunden werden und ist dann, die Verarbeitung und Auswertung der Meßwerte in einer Meßelektronik mit Schreiber vorausgesetzt, für die kontinuierliche Überwachung eines Prozeßstromes verwendbar. Hierzu wird die Prozeßlösungs-Zuleitung 5 lediglich nit Hilfe eines zum Zeitpunkt des Öffnens "on Ventil 17 sich schließenden Ventils, das nicht zur Vorrichtung gehört, mit dem Prozeßstrom verbunden.

Mit einer solchen neuerungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise

—4 —3 die Uran-Konzentration im Bereich von 10 bis lü Mol Uran/1 und 1,0 bis 2,0 Mol Salpefcersäure/1 in der wäßrigen Abfall-Lösung eines Flüssig-Flüssig-Extraktionsprozesses in einer Wiederaufarbeitungsanlage für bestrahlte Kernbrennstoffe im Bypass zum Hauptstrom mit einer Genauigkeit von besser als - 10 % kontinuierlich überwacht werden, wobei die durch das Programmschaltwerk bedingten Meßzyklen jeweils von 10 Minuten Dauer sind.

Die Anwendung der Vorrichtung ist jedoch nicht auf das genannte Beispiel beschränkt. Durch das Einsetzen einer entsprechenden Nockenwalze in das irogrammschaltwerk, oder eines anderen Progrartraschaltwerkes in das Steuerteil, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Trennen der Leitung 14 von der Ableitung aus Ventil 24 ist die Vorrichtung anwendbar auf praktisch jede auf polarographischem Wege ausführbare, kontinuierliche Prozeßstrom-Überwachung.

Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 9. März 1972 KERNFORSCHUNG MBH PIA 72/12 Gl/sz Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Polarographie von Inhaltsstoffen von aus einem Prozeß entnommenen Flüssigkeitsmengen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dosiergefäß (6) zum Dosieren der aus dem Prozeß entnommenen Flüssigkeitsmengen an Prozeßlösungen und zum Dosieren von Eichlösungen, ein MischgefäiJ (7) mit einer der Höhe nach verschiebbaren Dosierelektrode (7a) zum Dosieren der Reagenzien und einer auswechselbar angeschlossenen Kapillarspirale (P), ein Meßgefäß (9) mit Quecksilbertropfelektrode (11) mit erzwungener Tropfenfolge und vergieichseiektrode (12), ein Taktgeber (10) zur Erzwingung der Tropfenfolge an der Quecksilbertropf-Elektrode, ein Quecksilberauffanggefäß (26), mincestans ein bei Funktionsstörung eines Vorrichtungsteils bzw. bei sicherheitswidrigem Austreten einer Flüssigkeit ansprechender Feuchtefühler (13), eine Flüssigkeits-Niveau-Überwachungseinrichtung (30) und Mittel (17.- 19, 21, 24, 27) zum Verschließen und Öffnen der Gefäße und/oder Verbindungsleitungen zwischen den Gefäßen zu einer baulichen Einheit kleinster Abmessungen in einem mit Zu- und Ableitungen und Entlüftungen versehenen, geschlossenen Behälter (1) kastenförmig und raumsparend vereinigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (17, 19, 21, 24, 27) zum Verschließen und Öffnen der Gefäße und/oder Verbindungsleitungen von Hand bedienbare und/oder fernsteuerbare Ventile sind,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an seinem oberen Ende mit je einer aus der baulichen Einheit herausragenden Prozeßlösungs-Zuleitung (5) und mit einem Eichlösungsvorratsgefäß verbindbaren Zuleitung (15) und mit einem Entlüftungsröhrchen (16) versehene und einen Überlauf (14) aufweisende Dosiergefäß (6) mittels eines an seinem unteren Ende angebrachten Ventils (17) mit dem Mischgefäß (7) verbunden und über diesem angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Inertgaseinleitungsrohr (18) mit Ventil (19) ur. mit einem Entlüftungsröhrchen (20) versehene Mischgefäß (7) über ein Ventil (21) mit dem Heßgefäß (?) verbanden und über diesem angeordnet 5 st.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Mischgefäß (7) an dessen oberen Ende ein^ Kapillarspirale (8) auswechselbar angeschlossen ist mit einem Ventil (27) an der tiefsten Stelle und mit einer aus der bauli . Einheit herausragenden, mit einem durch ein Ventil verscl. ^aren Reagenzien-Vorratsgefäß verbindbaren Zuleitung (28) am oberen Ende der Kapillarspiraie (8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Jer baulichen Einheit herausragende, mit einen Quecksilbervorratsgefäß verbindbare Zuleitung (22) über der mit dem Taktgeber (10) versehenen Quecksilbertropfelektrode (11) und diese wiederum über dem mit einem Entlüftungsröhrchen (23) ausgestatteten Heßgefäß (9) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Meßgefäß (9) einerseits ein Ventil (24) zur Ableitung der ausgemessenen Prozeßlösung, andererseits zur Ableitung des Queck silbers ein Siphon (25) mit einem Entlüftungsröhrchen (29) über dem Quecksilberauffanggefäß (26) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtefühler (13) im wesentlichen aus mehreren auf kurzzeitige Benetzung ansprechenden Elektrodenpaaren besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekonnzeichnet, daß die Elektrodenpaare des Feuchtefühlers (13) netzförmig angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Niveau-Überwachungseinrichtung (30) am Quecksilberauffanggefäß (26) am oberen Ende angeordnet und mit einem Elektrodenpaar ausgestattet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter (1) mit einer Sichtscheibe (2) verjehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter (1) mit einer einfachen Entlüftungs-Einrichtung (3), in die die Entlüftungsröhrchen (16, 20, 23, 29) einmünden, ausgestattet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile Magnetventile sind.