- Wat is mass flow rate?
- Wat is het verband tussen mass flow rate en volume flow rate samen?
- Waarom volumetrische eenheden gebruiken voor mass flow rates?
- Hoe mass flow rate en volume flow rate meten en regelen?
Stel, u wilt een gasvormige of vloeibare samenstelling toevoegen aan een chemisch, farmaceutisch of voedselverwerkingsproces. Zou het verschil maken of u een kilogram (als eenheid van massa) of een liter (als eenheid van volume) van zo’n vloeistof toevoegt? Laten we dit eens nader bekijken.
Veel processen in de chemische industrie of voedingsmiddelenindustrie hebben met massa te maken. Chemische reacties zijn afhankelijk van de massa van reagentia of ingrediënten die moeten worden toegevoegd in de juiste massaverhouding. En voor overdrachttoepassingen – binnen of buiten de gas- en oliebranche – is het de massa van de uitgewisselde vloeistof die de prijs bepaalt. In batchprocessen is de toegevoerde massa relevant, en doorlopende processen zijn afhankelijk van massaflows.
Wat is mass flow rate?
Mass flow rate is in feite de hoeveelheid gas of vloeistof die gedurende een bepaalde tijd stroomt, bijvoorbeeld uitgedrukt in kilogram per uur (kg/h) of gram per seconde (g/s). Op vergelijkbare wijze is een volume flow rate het volume van een gas of vloeistof dat gedurende een bepaalde tijd stroomt, uitgedrukt in eenheden als liter per uur (l/h) of kubieke centimeter per seconde (cm3/s).
Hoe hangen mass flow rate en volume flow rate samen?
Massa’s van vloeistoffen gedragen zich anders dan volumes. Volumes worden beïnvloed door veranderingen in procesomstandigheden zoals temperatuur en druk, maar massa’s niet. Hetzelfde geldt voor stromende massa’s en volumes.
De dichtheid van een gas of vloeistof, uitgedrukt in kg/dm3, legt een verband tussen het mass flow rate en het volume flow rate. Deze dichtheid is afhankelijk van temperatuur en druk: voor vloeistoffen geldt doorgaans dat hoge temperaturen leiden tot lage dichtheden en dat hoge druk leidt tot hoge dichtheden. Het effect is voor gassen groter dan voor vloeistoffen. De volume flow rate wordt verkregen door de mass flow rate te delen door de dichtheid van de vloeistof. Een volume flow rate varieert afhankelijk van temperatuur en druk, maar een mass flow rate blijft bij veranderingen in temperatuur of druk constant.
Waarom volumetrische eenheden gebruiken voor massadebieten?
Afgaand op bovenstaande logica zou een mass flow rate moeten worden uitgedrukt in eenheden van massa zoals g/h, mg/s enz. De meeste gebruikers denken en werken echter in volume-eenheden. Geen probleem. Om dichtheid te gebruiken voor het omrekenen van massflow naar volumetrische flow moeten we een set van een specifieke druk en temperatuur kiezen waarbij we de dichtheidswaarde voor het gas gebruiken. Wereldwijd zijn er heel wat van deze standaard referentieomstandigheden voor omrekening.
Houd er rekening mee:
Let op welke referentietemperatuur en -druk je in jouw specifieke geval gebruikt voor de conversie tussen massastroom en volumestroom. Let op deze verschillen, want het door elkaar gebruiken van deze referentieomstandigheden voor gasstromen (vooral het temperatuurverschil tussen 0 en 20°C) kan leiden tot een fout van 7%!
De volgende referentieomstandigheden worden door Bronkhorst gebruikt:
- Als de mass flow rate wordt uitgedrukt met ‘n’ in subscript zoals in mln/min of m3n/h, betekent dit dat een vloeistofdichtheid bij een temperatuur van 0 °C en een druk van 1 atm (1013 mbar) zijn geselecteerd voor omrekening van mass flow rate naar volume flow rate. De ‘n’ in subscript staat voor normale referentieomstandigheden in Europese stijl.
- Dit komt overeen met het voorvoegsel ‘s’ in sccm (standaard kubieke centimeter per minuut) of slm (standaard liter per minuut), dat betrekking heeft op Amerikaanse standaardomstandigheden bij een temperatuur van 0 °C (32 °F) en een absolute druk van 1 atm (1013 mbar, 14.69 psia).
- Als alternatief worden een temperatuur van 20 °C en een druk van 1 atm (1013 mbar) gebruikt om te verwijzen naar Europese standaard referentieomstandigheden, aangegeven met ‘s’ in subscript in de volumetrische eenheden (mls/min, m3s/h). Deze waarden liggen in de buurt van de gemiddelde omstandigheden van temperatuur en druk op zeeniveau.
Verschillen tussen referentievoorwaarden Europese stijl en Amerikaanse stijl
Hoe mass flow rate en volume flow rate meten en regelen?
Bronkhorst beschikt over verschillende massflow- en volumeflowinstrumenten voor het meten en regelen van gas- en vloeistofflows. Instrumenten die werken volgens het thermische principe of het coriolisprincipe houden direct verband met massflow van vloeistoffen, respectievelijk door thermische geleidbaarheid en traagheid van massa.
Vloeistof debiet calculator
Voorbeelden van massa- en volumestroominstrumenten
- Bronkhorst mini CORI-FLOW instrumenten worden bijvoorbeeld toegepast bij de productie van mRNA-vaccins voor het nauwkeurig en reproduceerbaar meten van vloeibare vacciningrediënten. Massadebieten voor vloeistoffen worden direct uitgedrukt in massa-eenheden zoals gram per uur (g/h), vrijwel onafhankelijk van temperatuur- en drukschommelingen.
- De ES-FLOW instrumenten meten en regelen volumetrische vloeistof flow bereiken met behulp van ultrageluid. Ze meten effectief de stroomsnelheid, die vermenigvuldigd met de buisdoorsnede in het apparaat resulteert in volumetrische vloeistofdebieten. Deze instrumenten worden bijvoorbeeld gebruikt om de hoeveelheid kleurstof, smaakstof en zuur meten die aan een snoepproductieproces wordt geleverd.
- De EL-FLOW Select massadebietregelaars worden gebruikt om luchttoevoer voor de productie van ijs, de zogenaamde beluchting. Massadebieten worden meestal uitgedrukt in mln/min en ln/min.
- Ook de nieuwe FLEXI-FLOW instrumenten werken volgens het principe van thermische massastroommeting. Met zeer korte responstijden - dankzij TCS (chip sensor) technologie voor de fabricage van zeer compacte instrumenten die naast het massadebiet ook de gasdruk kunnen meten en regelen.
Als de mass flow wordt uitgedrukt in volumestroomeenheden, moeten de referentietemperatuur en -druk
condities van het instrument flow unit wordt altijd vermeld op het kalibratiecertificaat van Bronkhorst.
Meer informatie nodig?
Bent u geïnteresseerd of wilt u meer leren over dit onderwerp?
gerelateerde artikelen
Vindt u deze theoriepagina leuk? Misschien vindt u deze ook leuk.
Top 10 vragen over vloeistofdosering
Leidingwerk voor massflowmeters
Coriolis meetprincipe