Bronkhorst

Kontrollierte Dampfherstellung: 6 altbekannte Pfade und ein neuer Weg

7. März 2018 James Walton
Dampf

Warum die Dampferzeugung heutzutage einfacher, schneller und genauer ist?

Die Herstellung von Dampf ist ein perfektes Beispiel dafür, wie die Technologieentwicklung in einem Bereich in vielen Branchen hilfreich sein kann. Durch die Kombination der Genauigkeit und der digitalen Leistung der modernen Massendurchflussmess- und Regeltechnik kann der Anwender neben der Temperaturregelung auch die Eigenschaften von Dampf kontrollieren.

Die kontrollierte Dampferzeugung war schon immer ein notwendiger, aber komplexer und kostenintensiver Prozess. Es sind bereits mehrere verschiedene Verfahren in der Anwendung, um die Dispersion und Verdamfung von Flüssigkeit in einer Gasphase zu erreichen. Die große Vielfalt der Methoden zur Dampfherstellung rührt auch daher, dass die Existenz kommerziell erhältlicher Lösungen oftmals nicht bekannt ist.

Einige der Beispiele, auf die wir gestoßen sind:

  • Taupunktgenerator (Bubbler)
  • Mischstromgenerator
  • Statische Methode der Feuchtigkeitsbildung
  • Zwei-Druck-Prozess
  • Zwei-Temperatur-Prozess
  • Gesättigte Salzlösungen
Jede dieser Verfahren wurde entwickelt, um die Konzentration (Volumen pro Volumen) der Flüssigkeit in einem Gas zu regeln und so das gewünschte Endergebnis zu erzielen.

Prinzipeller Aufbau eines CEM-Systems
Prinzipeller Aufbau eines CEM-Systems

Was ist das Ziel?

Es gibt viele Anwendungen in der Industrie und in der Forschung, wo Dampf benötigt wird, um das gewünschte Reaktionsprodukt zu erhalten oder wo eine kontrollierte Dampfatmosphäre ein ausschlaggebender Parameter ist. Wir haben Gespräche mit biomedizinischen Forschungseinrichtungen, Herstellern von technischen Fasern, Glasbeschichtungsunternehmen, Katalyse-Forschern & -Entwicklern, Anwendern aus der Graphenforschung & -Entwicklung und Schüttgutverpackungsmaschinenherstellern geführt und so deren Bedarf ermittelt.

So unterschiedlich die Anwendungen der verschiedenen Kunden und Industriebereiche auch sind , es gibt Gemeinsamkeiten bezüglich der Themen die uns immer wieder begegnen: Reduktion von Kosten , Abfall muss vermieden werden, Fehlchargen sollen reduziert werden, der Ertrag soll erhöht werden, der Rohstoffverbrauch soll verringert werden und so weiter. Nahezu alle Variablen in einer Applikation haben einen Einfuss auf deren Performance und eine Änderung kann eine Verschlechterung oder eine Verbesserung darstellen.

Wie können diese Anforderungsänderungen realisiert werden?

Verschiedene Einflussgrößen können durch den Einsatz eines Bronkhorst® Verdampfer Systems (CEM-Controlled Evaporating Mixing System oder VDM-Vapor Delivery Module) gleichzeitig verbessert werden:

  • Geschwindigkeit der Reaktion bei Prozessänderungen
  • Reduzierte Rohstoffkosten
  • Präzise Temperaturregelung
  • Schnellerer Austausch des Substrates

Wie erreicht Bronkhorst mit dem CEM / VDM System diese Anforderungen?

Der Dampf wird erzeugt, in dem eine geregelte Flüssigkeitsmenge mit einem Gasstrom vermischt wird, das geschiet in der Regel bei Umgebungstemperatur. Die Zuflüsse des Gases und der Flüssigkeit werden beide geregelt, so dass das resultierende Dampfgemisch ebenfalls genau definiert ist. Schauen wir uns im Vergleich einmal die Taupunkt-Technik (Bubbler) vom Anfang dieses Blogbeitrages an. Dort kann man Folgendes beobachten:

  • Verdampfung der Flüssigkeit kann zu Konzentrationsänderungen in der Dampfphase führen
  • Unterschiede im Füllstand der Flüssigkeit führen zu Unterschieden im Gegendruck
  • Änderungen des Füllstandes erzeugen Veränderungen des Durchflusses, die zu wechselnden Prozessbedingungen führen
  • Variationen der Thermostatgenauigkeit können dem Fluid Temperaturschwankungen hinzufügen und damit die Zusammensetzung der Dampfphase verändern
  • Hoher Energieverbrauch durch Temperierung der Flüssigkeitsvorlage

Bubbler-Prinzip
Bubbler-Prinzip
FLUIDAT- das Online Berechnungstool von Bronkhorst
FLUIDAT- das Online Berechnungstool von Bronkhorst

Bronkhorst hat diese veränderlichen Parameter eliminiert: Die Flüssigkeitszufuhr wird mittels eines Coriolis Massendurchflussmessers (MFM) und die Gaszufuhr über einen thermischen Bypass-Massendurchflussregler (MFC) realisiert. Über einen temperaturgeregelten Verdampfungsprozesss kann somit das resultierende Gas/Dampf-Gemisch deutlich besser vorausberechnet werden. Ein einmal erreichtes Gemisch kann anhand seiner bekannten Zuflüsse und der Verdampfertemperatur dann jederzeit reproduziert werden.

In dem Bild ist gezeigt, mit welchen Parametern die gewünschten Prozessparameter erreicht werden. Diese Möglichkeit Regelung des Verdampfungsprozesses ist in anderen Verdampfer-Technologien nicht möglich.

Mit direkter Regelung der Flüssigkeits- und Gasströme in einem temperaturgeregelten Strömungsweg ist es einfach, die Eingangsbedingungen zu ändern und die daraus resultierenden Prozessbedingungen vorherzusagen. Der Coriolis-Flüssigkeits-Massendurchflussmesser und der thermische Bypass-Gas-Durchflussregler sind direkt mit einem 3-Wege-Mischventil auf einem temperaturgeregelten Strömungsweg verbunden. Durch Durchleiten der Flüssigkeit und des Gases durch die Ventildüse wird aus der kombinierten Strömung vor dem Erwärmen ein Aerosol gebildet, was eine homogene und vollständige Verdampfung der Flüssigkeit im Gasstrom gewährleistet.

Sie haben eine bestimmte Anwendung?
Registrieren Sie sich kostenfrei in unserer Online-Datenbank FLUIDAT ON THE NET(www.fluidat.com). Dort finden Sie Daten und Berechnungstools zu einer großen Anzahl von Gasen und Flüssigkeiten. Hier können Sie auch direkt die Parameter für Ihre Anwendung berechnen und überprüfen, was möglich ist.

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