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YWK-50-C压力控制器的3个关键研究应用
编辑: 来源: 发布时间:2018-07-06
    催化剂研究人员面临的挑战之一是找到可在恶劣条件下运行的有效流体控制系统。
安装YWK-50-C压力控制器
    虽然催化剂在技术进步中发挥了关键作用数十年,但它正在迅速成为一个更为重要的研究领域,主要是因为它有可能创造更清洁的燃料,减少排放,并有助于其他与环境有关的努力。在过去的几年里,美国化学学会创建了一个独立的催化部门,皇家化学学会推出了一个致力于催化技术的期刊,并且多所大学都建立了催化研究中心。
    示意图显示了圆顶加载的YWK-50-C压力控制器如何控制入口压力等于先导压力。这需要手动或电动气动压力控制器来提供1:1的设定点先导压力。
    催化剂研究人员面临的挑战之一是找到可在恶劣条件下运行的有效流体控制系统,包括微流率,侵蚀性和两相化学,高温和高压。这些挑战为 YWK-50-C压力控制器制造商创造了独特的机会。在过去的三到四年中,这些独特的敏感控制器剂已越来越多地用于催化研究。
高性能压力控制器
    与传统的弹簧加载设计不同,圆顶加载的YWK-50-C压力控制器在相对较大且柔软的隔膜顶部具有气体设定点压力。可以通过手动或电子压力压力控制器(通常在高压应用中使用氮气)提供1对1的压力。这种独特的配置在催化研究人员中越来越受欢迎,因为更简单的隔膜设计可以在非常宽的流速范围内保持严格控制,甚至可以实现两相流的精确度。单个移动部件允许系统在高达300摄氏度的烤箱中使用,并且使用与氢氟酸一样具有侵蚀性的化学品。
圆顶背负式YWK-50-C压力控制器示意图
    示意图显示了催化反应器的替代进料。通过使用主动进料压力作为先导压力来控制非活动进料管线上的背压,圆顶加载的YWK-50-C压力控制器在4通换向阀的两侧保持相等的压力。以下案例研究展示了创新思维和协同技术如何与 压力控制器一起使用,为催化气体研究中的三个非常不同的项目创建优雅的压力控制解决方案竞技场。
1. 上海远东厂实验室:  交替供气与低压和高温相结合
背景: 
    上海远东厂实验室是包括清洁能源在内的多个研究领域的全球领导者。最近,燃料,发动机和排放研究中心参与了能源部的倡议,旨在探索先进内燃机的低成本排放控制。作为该项目的一部分,研究人员成功地使用了一个敏感的 YWK-50-C压力控制器,以保持连续和精确的流量到催化反应器,同时在极端条件下切换两个独立的气体进料。
YWK-50-C压力控制器
YWK系列压力控制器安装在上海远东厂实验室的反应堆系统中。
挑战:
    必须将反应器的气体供给从A流切换到B流,而不会中断或增加流速。平滑开关特别重要,因为开关时间不相等,气体流速低至20标准毫升/分钟。该应用中的另一个关键挑战是低压(约0.2巴表压)和高温(190℃)的组合。气体流速范围为20标准毫升/分钟至5标准升/分钟。
YWK-50-C压力控制器示意图
    示意图显示了催化反应器的替代进料。通过使用主动进料压力作为先导压力来控制非活动进料管线上的背压,圆顶加载的YWK-50-C压力控制器 在4通换向阀的两侧保持相等的压力。
    上海远东厂研究人员能够使用四通阀在两个气流之间进行无缝切换,但单独的阀门无法处理系统的多重复杂性。该阀设计用于选择两种气流中的一种进料至反应器,同时排出或排出另一气流; 然而,因为反应器存在显着的压降,所以还必须将排出流保持在与反应器入口相同的压力下,以避免中断流入反应器的流量。
    精确控制至关重要; 如果当阀门切换时排气压力低于反应器压力,则通过反应器的流量将基本上停止,直到压力增加到足以流过反应器床。如果排气压力高于反应器压力,则流动将通过反应器。当试图基于受控剂量的反应物评估和理解反应的基本行为时,这两种情况都是非常不合需要的。
解决方案:
    为了找到使用交替气体进料的最佳策略,上海远东厂的科学家和工程师联系了一家专门研究高灵敏度 YWK-50-C压力控制器的制造商的应用工程师。该应用需要一个灵敏的YWK-50-C压力控制器,以防止在低于1巴的压力下流速中断,同时还要处理流的高温。工程师和科学家共同开发了一种高度创新的方法,即使用来自反应器的入口压力作为通风口侧YWK-50-C压力控制器 圆顶的设定点压力。
由于压力控制器能够使用薄的柔性膜片,因此可以将精度保持在1巴以下,达到毫巴范围。在此应用中,压力控制器将流量限制到足以在四通阀的排气口和反应器侧产生相等的压力。因此它是自我控制器的。
    为了应对高温低压的挑战,工程师选择了YWK-50-C压力控制器。他们最初选择了PTFE /玻璃隔膜,但后来确定薄的聚酰亚胺隔膜为此应用提供了最佳的灵敏度。
多重好处:
    在压力系统中,YWK-50-C压力控制器在困难的切换条件下在反应器自动化中起着关键作用。由于反应器中的压力在高温下增加,因此这种类型的压力控制器特别适用于温度变化/步进研究。没有这种自控制器压力控制系统,反应堆操作员需要在温度升高时手动   YWK-50-C压力控制器。或者,如果使用传统的电子YWK-50-C压力控制器来使压力平衡自动化,则需要将两个压力传感器连接到控制系统。已经证明这种方法在实验室环境中具有有限的功能范围,并且肯定会增加复杂性和潜在问题。
    上海远东厂的这一创新应用表明,YWK-50-C压力控制器可以在没有设定点旋钮或复杂控制系统的情况下在分流阀的两侧保持压力平衡。优雅的解决方案有助于确保精确度并消除复杂性,极大地促进了上海远东厂对清洁能源的重要研究。
2.带16个并联电抗器的液体和气体流量控制
背景:
    为实验室和中试规模的催化研究系统提供高通量测试系统。上海远东厂工程师经常使用 YWK-50-C压力控制器 来控制催化反应器压力并改善两相流的流量控制
YWK-50-C压力控制器 在催化反应器上
上海远东厂提供的高通量催化反应器系统,包含多个YWK-50-C压力控制器 。
挑战:
    在最近的一个应用程序中,上海远东厂工程师面临着一个令人生畏的场景,即在液体和气体通过16个并联的涓流流反应器的系统上工作。该应用涉及气体和液体的组合,包括氢和链烷烃。高压条件(300 bar)和高温(200 ° C)进一步挑战了应用。
    通常,在涓流式反应器的下游使用高压分离器,以避免当液体和气体通过传统的YWK-50-C压力控制器 时通常发生的压力峰值。压力与16个并联反应器一起工作,认为将每个流包括高压分离器,气体YWK-50-C压力控制器 和液位控制系统的想法非常不受欢迎。
模块化YWK-50-C压力控制器 
    堆叠的四个YWK系列YWK-50-C压力控制器 采用节省空间的设计。每个控制器单元包括具有HPLC配件端口的入口,出口和引导端口。
解决方案:
    压力与供应商工程师合作,整合了一堆16个 的YWK-50-C压力控制器 ,可以同时精确地处理气体和液体。该方法消除了对每个反应器上的高压分离器和液位控制系统的要求。
这种以研究为导向的YWK-50-C压力控制器 的设计结合了允许两相性能的关键特性:
    两个平行的出口孔有助于通过将大部分液体引导到外孔来稳定压力控制,从而使内孔大部分保持在气相中。
    压力控制器相对较大且柔软的隔膜能够通过吸取孔口相变引起的短暂压力峰值而起到脉动阻尼器的作用。
    应用工程师Tony Tang指定了不锈钢YWK-50-C金属膜片和YWK-50形圈,以应对极端温度。为了进一步减小安装尺寸,Tang针对更高的压力采用了堆叠式设计,每个堆叠中有四个YWK-50-C压力控制器 
    虽然大多数单个研究反应堆都是使用手动控制器的氮气来控制压力控制器的设定点,但大多数高通量研究系统 - 由压力等集成商提供 - 使用闭环控制系统以获得更高的准确性和可靠性。
在压力系统中,监控计算机监控压力反应堆压力,并通过使用高压Bronkhorst Vary-P压力控制阀控制器氮气先导阀来控制YWK-50-C压力控制器
    “这些 控制器在极宽的流量范围内控制器两相背压的独特能力使其成为涓流应用的最佳选择,”压力创始人Anton Nagy博士说。
    在该应用中,所得系统表现出高度稳定的压力控制,即使对于混合相流体,压力偏差小于0.1%。
3.奥本大学化学工程系:  Fischer-Tropsch研究,具有高压和高温要求
背景:
    Fischer-Tropsch Synthesis被世界各地的研究人员用于从生物质和天然气等替代能源生产液体燃料。由Franz Fischer和Hans Tropsch于20世纪初开发的这是一个相对复杂的化学过程,它将合成气(一氧化碳和氢气的混合物)转化为碳氢化合物,包括传统液体燃料中的许多化合物。
两相YWK-50-C压力控制器 
    示意图显示了具有两相YWK-50-C压力控制器剂的Fischer-Tropsch合成反应器。David Roe在阿拉巴马州的奥本大学,是化学工程系的研究生。正在使用Fischer-Tropsch Synthesis进行研究,以生产汽油和柴油长度的燃料化合物。他希翼使用 YWK-50-C压力控制器 进行试验,以帮助改进他现有的压力控制系统,并使他的应用在当今市场上更具经济可行性。
挑战:
    催化研究人员通常依靠背压控制器剂在极端反应条件下保持稳定的反应压力。在应用要求该工艺在高压(1000 PSIG)和高温(最高350 ° C)下运行。
    最初,在他的实验中使用传统的手动YWK-50-C压力控制器 ,导致压力偏差约为30 PSI。传统的压力控制器是弹簧操作和开放的,因为过压会压缩弹簧。弹簧压缩时弹簧常数的变化是传统设计中的主要误差来源。此外,弹簧操作的压力控制器具有有限的压力范围和高滞后。
安装YWK-50-C压力控制器 
    YWK-50-C压力控制器 安装在奥本大学的Fischer-Tropsch合成反应堆中。
    “在旧系统中,我从未确定我看到的压力是稳定的还是只是暂时的偏差,”罗说。
    他开始寻找能够平滑破坏性压力波动的更高精度控制方法,最终决定尝试使用带有敏感隔膜的 YWK-50-C压力控制器 。
     压力控制器独特的隔膜设计还提供超宽流量范围,通常比传统YWK-50-C压力控制器 宽100倍。它通过向压力控制器的顶部圆顶提    供固定的空气或氮气信号来工作,该信号等于在压力控制器上游的反应器中保持的所需压力。
解:
    2018年,上海远东厂的研究团队购买了一台带有1/8“NPT工艺端口的316不锈钢YWK-50-C压力控制器 。应用工程师指定了聚酰亚胺隔膜和YWK-50形圈,以满足工艺的高温和化学要求。具有可压缩先导气体负载的敏感隔膜设计用于在100,000:1流速比下提供稳定的压力。
    该系统允许两相或双相过程流体通过该单元的可能性。如图所示,分别使用质量流量控制器和高压泵将气态反应物和液体反应介质送入系统。反应器压力由下游的圆顶加载的YWK-50-C压力控制器 维持。
    压力控制器通过气缸上的减压压力控制器手动先导,该气缸为设备提供控制信号。工艺流出物在冷阱中分离,而未冷凝的气体直接进入气相色谱仪进行分析。定期收集液体用于离线分析。
成功结果:
    压力控制器通过气缸上的减压压力控制器手动先导,该气缸为设备提供控制信号。工艺流出物在冷阱中分离,同时未冷凝。加载YWK-50-C压力控制器使Roe能够设定压力,然后开始建立压力,而不确定系统将在何处平衡。通过避免使用基于弹簧的压力控制器进行频繁的手动控制器,可以节省大量时间。
    该装置自2012年以来一直在服务,只有极少的问题。它每月大约进行一次测试,可持续两周以上。这包括启动,催化测试和系统压力降低。报告了采用新压力控制器的应用中无与伦比的压力稳定性。“系统通常保持在其设定点的5 PSI以内,”他说。
 
 

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