Ultraschalltechnik im Einsatz für die Aromendosierung

Mit Ultraschalltechnologie können Volumenströme von Flüssigkeiten auch bei kleinen Durchflüssen fluidunabhängig geregelt und gemessen werden

Erwin Eekelder
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Die Nachfrage nach natürlichen und gesünderen Inhaltsstoffen (wie z.B. bei Süßigkeiten mit Vitaminen oder Mineralstoffen) steigt ständig. Deswegen entscheiden sich viele Hersteller von Schokolade und Süßwaren dafür, statt der bisher verwendeten künstlichen Aromen, Farbstoffe und Additive natürliche Zusatzstoffe einzusetzen. Natürliche Additive sind nicht nur teurer, häufig treten hier auch ändernde Fluideigenschaften (z.B. Dichte und Viskosität) auf, daher sind Rückverfolgbarkeit und ein exakter Prozess sehr wichtig.

Die gewünschte Flow-Lösung sollte detaillierte Prozessinformationen, effizientere Produktionslinien, eine bessere Produktkonsistenz und eine höhere Qualität des Gesamtprozesses liefern. Hierfür haben wir einen Ultraschall-Durchflussmesser für kleine Flüssigkeitsvolumenströme entwickelt, den ES-FLOW.

Der Süßwarenmarkt

Die Prognosen für den Süßwarenmarkt nennen Zahlen von 275 Milliarden Doller bis 2025, das ist also ein enormer Markt mit hohem Wachstumspotential. Aktuell ist Amerika die Nr. 1 im Süßwarenhandel, schaut man aber auf den Pro-Kopf-Verbrauch, haben die europäischen Länder die Nase vorne. Nach Daten aus 2016 (Euromonitor 2016) liegt der höchste Pro-Kopf-Verbrauch sogar bei uns in Deutschland.
Die Hersteller von Süßigkeiten lernen kontinuierlich vom Markt, um das tägliche Leben ihrer Kunden angenehmer zu gestalten. Eine nachhaltige Lieferkette, die Verbesserung des Wohlbefindens der Verbraucher und kontinuierliche Produktinnovationen sind erforderlich, um langfristig mit den Bedürfnisse dieses Marktes Schritt zu halten.

Schokoladenproduktion

Kontinuierliche Produktion

Gleichzeitig sind in den letzten Jahren Trends zu einem kontinuierlichen Produktionsprozess, Abfallvermeidung, kürzeren Stillstandszeiten und höherer Flexibilität nicht nur im Lebensmittelbereich, sondern auch in der chemischen Industrie zu beobachten.

Die Verwendung von Zusatzstoffen - Aromen und Farben - erfordert, dass kleine Durchflussmengen gemessen und kontrolliert werden. Hierfür gibt es nicht viele Lösungen. Heutzutage setzen viele Konditoren Dosierpumpen ein und setzen auf Verdrängung. Aber wie kann man sicher sein, dass das gewünschte Volumen tatsächlich dosiert wurde? War der Pumpenkopf vollständig mit Flüssigkeit gefüllt? Oder ist die Pumpe (teilweise) trocken gelaufen?

Dosierpumpen werden in der Regel für ein bestimmtes Fluid und einen bestimmten Durchfluss programmiert und kalibriert. Bei sich ändernden Prozessbedingungen oder Produktionsumstellungen muss die Pumpe immer wieder auf die aktuellen Parameter angepasst werden, was zu langen Stillstandszeiten führen kann. Der Ultraschall-Volumenstrommesser ES-FLOW ist hier eine echte Alternative. Er verfügt über einen integrierten PID-Regler, mit dem Pumpen und Ventile betrieben werden können. Dies ermöglicht dem Anwender den Aufbau eines kompletten automatisierten Regelkreises mit kurzen Reaktionszeiten. Eine Änderung der Parameter erfordert hier keine aufwändige Neuprogrammierung.

Durchflussmessung und -regelung in Echtzeit für Durchflüsse kleiner als 1500 ml/min oder sogar 200 ml/min? In enger Zusammenarbeit mit TNO (niederländische Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung) ist es uns gelungen, ein Gerät mit Ultraschallwellentechnologie für geringe Durchflüsse zu entwickeln. Diese Technologie wird in der Ultraschall-Durchflussmessgeräteserie ES-FLOW zur Messung und Regelung von Flüssigkeitsvolumenströmen zwischen 4 und 1500 ml/min unabhängig von Flüssigkeitsdichte, Temperatur und Viskosität mit einer Genauigkeit von 1% der Rate ± 1 ml/min eingesetzt.

Sie möchten genauer wissen, wie der ES-FLOW funktioniert?

Schauen Sie in unseren Blog-Beitrag: Bestimmung kleiner Volumenströme mit Ultraschallwellen – Der neue ES_FLOW

Keine Rekalibrierung

Viele Unternehmen haben wechselnde Prozessbedingungen und setzen häufig eine Vielzahl von Additiven und Lösungsmitteln ein. Der Ultraschall-Volumenstrommesser ES-FLOW ist flüssigkeitsunabhängig, so dass eine Nachkalibrierung nicht erforderlich ist. Auch nichtleitende Flüssigkeiten wie destilliertes und demineralisiertes Wasser oder Lösungsmittel können gemessen werden. Darüber hinaus ist der Sensor unempfindlich gegen Umgebungsvibrationen.

Hygienisches Design

Das Gerät ist nach hygienischen Standards mit einem selbstentleerbaren geraden Fühlerrohr, Oberflächenrauhigkeit ≤ 0,8 µm und ohne Totvolumen konzipiert. Dadurch können sich Partikel oder Bakterien nicht leicht anreichern und das Sensorrohr kontaminieren. Dadurch dauert der Reinigungsprozess nur wenige Minuten, was Stillstandszeiten minimiert.

Erfahren Sie mehr über das Messprinzip hinter dem Ultraschalldurchflussmesser für kleine Flüssigkeitsmengen:

Erfahren Sie mehr über unseren Pilotserien-Prozess für den ES-FLOW.

Wir stellen aus! Besuchen Sie uns auf der ProSweets vom. 28. bis 31. Januar 2018 in Köln in Halle 10.1, Stand A020.

ProSweets

Wie können unsere Olympioniken von der Massenflussregelung profitieren?

Was hat die Olympiade mit Massendurchflussregelung zu tun? Johan van´t Leven erklärt uns den Zusammenhang.

Johan van 't Leven
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Die Olympischen Winterspiele 2018 in PyeongChang rücken immer näher, die Außentemperaturen sinken. Viele Athleten weltweit trainieren seit vier Jahren oder noch länger für nur ein Ziel: ihr Bestes zu geben - zumindest für einige der Athleten - einmal im Leben. Aber haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, wie die Durchflussmessung die Leistung der Athleten beeinflussen kann? Hier lesen Sie, wie das geht.

Vor einigen Wochen hatte ich die Gelegenheit, Relitech in Nijkerk zu besuchen. Relitech ist ein Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Konstruktion zuverlässiger Gesundheitslösungen spezialisiert hat. Ich sprach mit den beiden Direktoren Ivar Donker und Henk van Middendorp über die Aktivitäten von Relitech in der Medizinbranche und deren Metabolic Simulator. Mit all ihrem Enthusiasmus und Engagement in ihrem Arbeitsgebiet haben sie mir völlig neue Ideen bezüglich der Einsatzmöglichkeiten ihrer Technik und die Bedeutung eines Unternehmens wie Relitech für Sport und Gesundheit gezeigt.

Relitech Directors

Im Sport geht es immer um die Topform. Die Athleten werden immer wieder gefordert, ihre eigenen Grenzen zu überschreiten und der Teufel steckt hier oft genug im Detail, denn im Wettkampf entscheiden manchmal Millisekunden über Sieg oder Niederlage. Wenn ein Sportler im richtigen Moment das Optimum aus sich herausholen kann, steht er oder sie ganz oben auf dem Treppchen. Die stetige Überprüfung der Kondition und der Ausdauer der Athleten ist daher ein wichtiger Bestandteil des Gesamtbildes ihrer Leistungen. Dies kann ihnen helfen, effizienter zu trainieren, und es liefert Informationen, die für eine Änderung der Ernährung des Athleten genutzt werden können. Für die metabolische Messung kann ein Lungenfunktionsgerät verwendet werden. Solche Systeme lassen sich leicht mit einem EKG als zusätzliche Datenquelle und Fahrrädern, Laufbändern oder anderen Sportgeräten koppeln. So kann der betreuende Arzt eine komplette, integrierte kardiopulmonale Belastungsuntersuchungen durchzuführen.

Die große Frage ist immer noch diese: Wie man durch die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften die beste Leistung erzielen kann? Das Zauberwort lautet hier Validierung. Genau dafür hat Relitech einen Stoffwechselsimulator entwickelt. Werfen wir einen Blick auf einige technische Details eines solchen Gerätes.

Cardiopulmonary Exercise Test

Der Metabolic Simulator: Qualitätskontrolle für Respirationsgeräte Die Qualität und Verlässlichkeit von Respirationsgeräten wie Lungenfunktionsgeräten muss validiert werden, um zu gewährleisten, dass sie den gesetzlichen Anforderungen entsprechen und verlässliche und reproduzierbare Daten liefern. Aktuell ist es noch gängige Praxis, die verschiedenen Sensoren für Sauerstoff, Kohlendioxid und Durchfluss separat zu kalibrieren. Die kritische dynamische Wechselwirkung der Sensoren untereinander wird hierbei nicht mit berücksichtigt. Relitech hat daher mit der Entwicklung seines Stoffwechselsimulators (Metabolic Simulator) eine In-Fild-Lösung für seine Kunden geschaffen.

Relitech Metabolic Simulator

Thermische Massendurchflussregler

Jetzt, wo wir der Antwort auf die anfangs gestellte Frage immer näher kommen, müssen wir etwas tiefer in den Relitech-Simulator einsteigen. Erstens ist er voll mobil, d.h. er ist leicht zu transportieren und zweitens ideal für Tests vor Ort (z.B. als Lungenfunktionstestgerät für Sportler). Der Simulator mischt reinen Stickstoff und Kohlendioxid mit Hilfe von zwei thermischen Massendurchflussreglern von Bronkhorst. Durch das Mischen dieser beiden Gase können Sie Atemgasaustauschmuster erzeugen, in Echtzeit und extrem nah an authentischen menschlichen Atemmustern. Das Ergebnis sind so genannte Capnographen, die denen von z.B. Olympioniken ähneln. Auf dem Auslesedisplay des Metabolic Simulators sind die Capnographenwerte sichtbar. V'CO2 steht für die ausgeatmete Menge an Kohlendioxid und V'O2 für die Menge an eingeatmetem Sauerstoff. BF ist einfach eine Abkürzung für Atemfrequenz (breathing frequency).

“Die Verwendung von Massendurchflussregler ist für mich nichtst Neues…” sagt Firmenmiteigner Henk Van Middendorp, “…weil ich schonlange bevor ich 2002 zu Relitech kam, Lungenfunktionstest-Systeme mit entwickelt habe.“

Relitech - Reliable Technology

Mit Leidenschaft und Hingabe entwickelt Relitech zuverlässige Technologie mit Fokus auf Elektronik, Software und Embedded Software. In Kombination mit messtechnischer Beratung liegt ihre Kernkompetenz im medizinischen Bereich, z.B. bei Lungenfunktionsmessungen, Anästhesie und Hyperthermie. Dafür ist das Unternehmen nach ISO13485 zertifiziert. Durch die enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Universitäten und akademischen Instituten, multinationalen Konzernen und kleinen Unternehmen haben sie ein beeindruckendes und sehr vielfältiges Kundenportfolio aufgebaut.

Relitech Logo

Auf zur Olympiade 2018!

So, für unsere Olympioniken ist es nun Zeit für den letzten Feinschliff der Olympia 2018! Und übrigens, eine bekannte Webseite für Sportdaten hat für die olympischen Winterspiele in PeyungChang 34 Medaillen vorhergesagt. Das ist fast so viel wie bei den aus deutscher Sicht bisher erfolgreichsten Winterspielen in Salt Lake City 2002, damals waren es 36 Medaillen. Unsere niederländischen Kollegen sollen mit 19 Medaillen da bei sein. Wir werden sehen, ob die Olympioniken dieses hochgesteckte Ziel erreichen oder sogar noch übertreffen können. Wir drücken die Daumen!

Lesen Sie unseren Applikationsbericht über Qualitätskontrolle bei Respirationsgeräten!

Chris King
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Im medizinischen Bereich herrscht ein stetig steigender Druck hinsichtlich Kosteneffizienz und Budgets. Insbesondere wird darauf geachtet, wie Ressourcen besser und kosteneffizienter genutzt werden können. Ein großer Kostenfaktor in vielen medizinischen Einrichtungen ist die Beschaffung und Bereitstellung medizinischer Gase wie medizinische Luft, Stickstoff, Sauerstoff oder Lachgas. Häufig wird der Verbrauch solcher Gase weder überwacht noch gemessen oder, falls doch, eher abgeschätzt und notiert. Die meisten Krankenhäuser schätzen den Verbrauch anhand der Zeit, bis eine Flasche leer ist.

Diese Methode gibt allerdings nur eine grobe Einschätzung wieder, weil:

  • Der Inhalt einer Gasflasche (sprich der Fülldruck) kann deutlich schwanken, auch wenn die Flaschen immer vom gleichen Lieferanten kommen.
  • Es kann nicht zwischen Gesamtverbrauch und aktuellem Verbrauch unterschieden werden. Eventuell vorhandene Peak-Zeiten sind nicht sichtbar.
  • Leckagen bleiben unbemerkt.
  • Der Verbrauchsort bleibt unbekannt.

All dies macht es sehr schwierig, die Kosten im Griff zu behalten und die entstandenen Kosten dort zu budgetieren, wo der Verbrauch auch tatsächlich stattfindet. Eine Abrechnung nach Abteilungen ist nicht möglich.

Eine britische Firma, die sich auf das Design, die Installation und die Wartung von Gasverteilsystemen spezialisiert hat, wurde beauftragt, ein neues Krankenhaus auszurüsten und hat in Kooperation mit Bronkhorst ein Konzept entwickelt, Gas-Messer in das Kommunikationsnetzwerk der Hausüberwachung zu integrieren.

Thermische Massendurchfluss Instrumente mit integrierten Multifunktionsdisplays wurden angeboten, um sowohl die Genauigkeit als auch die benötigte Zuverlässigkeit zu erfüllen. Mit dem gewählten Messprinzip der Durchflussmessung (Konstante-Temperatur-Anemometrie - CTA-Technologie) boten die thermischen Massendurchflussmesser zusätzliche Vorteile:

  • kein Verstopfungsrisiko
  • kein Verschleiß, keine beweglichen Teile im Gasfluss
  • eine minimale Behinderung des Gasflusses und daher ein extrem niedriger Druckabfall - durch lineares Sensordesign

Massendurchflussmesser

Massendurchflussmesser MASS-STREAM™ Modellreihe D-6300

Zusätzlich können neben der lokalen Anzeige sowohl ein analoges (z.B. 4 …20 mA) als auch ein digitales Signal (z.B. RS-232) für die Kommunikation mit dem Überwachungssystem genutzt werden. Damit können alle Werte zentral überwacht und gespeichert werden. Der Nutzer kann damit in Echtzeit die Verbräuche überwachen und Maßnahmen ergreifen, wenn z.B. der Verbrauch außerhalb des Toleranzbereiches liegt. Zur doppelten Absicherung bieten die Instrumente sowohl Zähler als auch Minimum/Maximum-Alarm direkt am Instrument.

Die Installation von Massendurchflussmessern für Krankenhaus-Gasnetze bietet die folgenden Vorteile für den Anwender:

1. Hauptnetzwerk:

  • Getrennte Abrechnung für Krankenhaus-, Klinikums- und Laborbereiche, die über das Netz versorgt werden
  • Überwachung und Sammlung von Verbrauchsdaten
  • Leckagen in Gasleitungen, Sicherheitseinrichtungen und Versorgungseinheiten können detektiert werden

2. Lokale Netzwerke:

  • Unabhängige Abrechnung des Verbrauches nach einzelnen Stationen
  • Detektion von Verbrauchsspitzen
  • Überwachung und Sammlung von Verbrauchsdaten
  • Detektion von Leckagen in Gasleitungen

In der Folgezeit wurden solche Systeme europaweit in Betrieb genommen. So ist es möglich, den Verbrauch medizinischer Gase nach Kostenstellen aufzuschlüsseln, indem Massendurchflussmesser den Gesamtverbrauch und Einzelverbrauch überwachen. Damit lässt sich einfach aufschlüsseln, wo Ursachen für steigende Verbräuche und damit auch steigende Kosten zu finden sind.

Sehen Sie sich jetzt unsere Video über die Funktionsweise der MASS-STREAM™ an

Weitere Informationen finden Sie hier:

Webseite – Mass-Stream

Applikation Note

Dr. Jens Rother
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Jeder industriell umgesetzte Prozess hatte und hat seinen Ursprung in einem Laborversuch. Die Abbildung von bereits bekannten industriellen Verfahren im kleineren Maßstab gewinnt zunehmende Bedeutung. Parameterstudien an Laborsystemen erlauben die effiziente Auslegung neuer Systeme, sowie die Optimierung bereits bestehender Industrieanlagen. Neben der eigentlichen „Ausbeute“, wie es bei den Chemikern genannt wird, rücken auch Parameter wie Energie- und Kosteneffizienz und Umweltverträglichkeit wie die Vermeidung von Abfällen immer mehr in den Fokus.

Substanzen für die Reinigung von Biogas

Druckwechseladsorptionsanlagen (PSA) beispielsweise nutzen Adsorptionsprozesse zur Aufbereitung von Bio- oder Erdgas. Dabei wird die bevorzugte Adsorption von Kohlendioxid (CO2) an Zeolithen oder kohlenstoffbasierten Sorbentien ausgenutzt, um hochreines Methan zu erzeugen. Dieses Methan kann u.a. in Blockheizkraftwerken zur Energieerzeugung verwendet werden und bietet eine Alternative zu anderen fossilen Brennstoffen. Gerade im Bereich der Druckwechseladsorption werden fortwährend neue Materialien entwickelt, welche durch optimierte sorptive Trenneigenschaften eine höhere Effizienz der Systeme versprechen. In frühen Entwicklungsstadien sind diese Materialien oft nur in sehr begrenzen Mengen verfügbar. In diesem Zusammenhang sind Untersuchungen im Labormaßstab von größter Bedeutung. Auf diese Weise kann vorab das Potential dieser Materialien und die damit verbundene Wirtschaftlichkeit der industriellen Prozesse bewertet werden.

Durchbruchsmessungen im Labormaßstab

Die Rubolab GmbH ist ein Spin-Off der Ruhr-Universität Bochum und der Firma Rubotherm und bietet ein breites Portfolio von verschiedenen Analyseinstrumenten für Sorptionsstudien. In 2012 wurde von uns das weltweit erste manometrische Screening-Instrument für Hochdrucksorption eingeführt. In den letzten Jahren haben dynamische Adsorptionsstudien immer mehr an Bedeutung gewonnen. Zur Evaluierung neuartiger Sorbentien in kleinsten Probenmengen bietet Rubolab maßgeschneiderte Laboranlagen an. Hierbei werden Hochdruckbehälter mit den zu analysierenden Materialien befüllt.. Dieses Festbett wird dann mit definierten Gasflüssen unter verschiedenen Drücken beaufschlagt. Ein entsprechendes Fließbild ist der folgenden Abbildung zu entnehmen.

Rubolab Durchbruchs-Analyse

Im vorliegenden Beispiel wird die sorptive Trennung von CO2 und CH4 untersucht. Hierbei wird CO2 beim Durchströmen des Festbettes vom Material adsorbiert. Am oberen Ausgang des Adsorbers wird dabei ein hochreiner Methanstrom gewonnen. Das Festbett enthält drei verschiedene Temperatursensoren auf unterschiedlichen Höhen. Da Adsorptionsprozesse exotherm, d.h. unter Wärmeabgabe ablaufen, kann auf diese Weise die Massentransferzone (MTZ) detektiert werden. Nach Erreichen dieser Zone am Adsorberkopf wird ein Durchbruch mittels nachgeschalteter Gasanalytik registriert. Die gemessene CO2-Konzentration des Gasstromes nimmt dabei den Wert der Konzentration im Feedstrom an. In großindustriellen Systemen sollte der Adsorber zu diesem Zeitpunkt regeneriert werden. Die experimentellen Daten der Durchbruchmessung geben Aufschluss über das Adsorptionsvermögen des untersuchten Stoffes und bieten eine fundierte Grundlage für die Auslegung entsprechender Prozesse. Die hochgenaue Einstellung der Massenflüsse und die Regelung der gewünschten Staudrücke wird in diesen Systemen mit Hilfe von Massendurchflussreglern und Regelventilen der Fa. Bronkhorst sichergestellt. Insbesondere die neuste Generation der thermischen Durchflussregler, die Bronkhorst Prestige Reihe, werden in derartigen Laborsystemen verwendet.

Massendurchflussregelung und Druckregelventile

Zur hochgenauen Regelung von Massenströmen und Minderdrücken sind diese Geräte mit Bronkhorst-Massenstromregler und Druckregelventilen ausgestattet. Insbesondere Geräte der neuesten Generation von Massendurchflussreglern, die Bronkhorst EL-FLOW Prestige Serie, werden in entsprechenden Laborgeräten für hohe Präzision und Vielseitigkeit eingesetzt. In anderen Geräten, bei denen die Baugröße von großer Bedeutung ist, wird die Bronkhorst IQ+FLOW Serie verwendet, um die Vorteile der sehr kompakten Bauform und die Möglichkeit der Aufstellung kleiner Verteiler zu nutzen.

Massendurchflussregler der Baureihe EL-FLOW Prestige

EL-FLOW Prestige Massendurchflussmesser und -regler sind äußerst vielseitige Geräte mit ihrer Onboard-Datenbank für Gase und Gemische. So ist es einfach, auf sich ändernde Kundenbedürfnisse zu reagieren, ohne dass ein weiteres Gerät angeschafft werden muss, wenn sich das Prüfgas ändert. Die Prestige garantiert einen hochgenauen und reproduzierbaren Gasstrom durch eine automatische Temperaturkorrektur, neu entwickelte Sensor- und Ventiltechnik.

EL-FLOW Prestige

Massendurchflussregler der IQ+FLOW Serie

Die IQ+FLOW-Serie besteht aus ultrakompakten Massendurchflussmessern, Reglern und auch Druckreglern, die für Analysegeräte mit begrenztem Platzangebot konzipiert sind. Die integrierte Chiptechnologie ermöglicht eine schnelle Messung und Regelung bis in kleinste Mengen. 3-Kanal-Geräte für kundenspezifische Anwendungen sind ebenfalls erhältlich.

IQ+-Serie

Damit können wir von Rubolab ganz individuell auf die speziellen Anforderungen unserer Kunden eingehen und ein auf den Endanwender abgestimmtes Sorptionsinstrument konfigurieren.

Für weitere Informationen über Massendurchflussregler können Sie hier das White-Paper herunterladen:

Bitte füllen Sie das Formular aus, das Whitepaper wird Ihnen dann zum Download zur Verfügung gestellt.

Weitere Informationen über Rubolab finden Sie hier

Gas-, Dampf- und Druckregelung für Katalyseanwendungen

Katalysatorentwicklung bei Umicore für die Abgasreinigung

Dirk Jan Boudeling
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Heute möchte ich Ihnen eine Anwendungsgeschichte mit Massendurchflussmessgeräten in einer Anwendung bei Umicore in Suzhou (China) vorstellen. Umicore ist einer der weltweit führenden Hersteller von Katalysatoren für Fahrzeugabgasanlagen. Das Unternehmen entwickelt und produziert Hochleistungs-Katalysatoren unter anderem für Benzin- und Dieselmotoren, die Schadstoffe in unschädliche Gase umwandeln und so saubere Luft erzeugen.

Umicores Produktionsstandort in Suzhou,' Umicore Technical Materials', verwendet Bronkhorst Massendurchflussregler und Verdampfersysteme für die Forschung und Entwicklung von Katalysatormaterialien für Kraftfahrzeugemissionen. Neu entwickelte katalytisch aktive Materialien von Umicore bestehen aus Oxiden und Edelmetallen wie Platin und Palladium, die in eine poröse Struktur eingearbeitet sind und so einen engen Kontakt mit dem Abgas ermöglichen.

Welche Katalysatormaterialien testet Umicore?

Umicore in Suzhou verwendet verschiedene Prüfstände, in denen neu entwickelte Katalysatormaterialien auf ihre Leistungsfähigkeit getestet werden (z.B. für einen geringeren Ausstoß toxischer Emissionen). Umicore entwickelt neue Katalysatoren direkt mit führenden Automobilherstellern in China. "Wir testen neue Formulierungen von Werkstoffen und Formen der Katalysatoren auf ihre Leistungsfähigkeit", erklärt Yang Jinliang.

Umicore-Projekt mit Bronkhorst

Heute möchte ich Ihnen eine Applikationsgeschichte mit Massendurchfluss erzählen. Wie werden die Massendurchflussmesser und -regler für identische Tests und Simulationen eingesetzt? Die Bronkhorst-Massendurchflussmesser und -regler werden eingesetzt, um die richtige Menge mehrerer Gase in einem Gemisch zu fördern. Dieses Gemisch simuliert den Abgasaustritt eines Motors unter verschiedenen Bedingungen. "Um die Leistungsfähigkeit neu entwickelter Formulierungen wirklich vergleichen zu können, müssen wir sicherstellen, dass die Einsatzbedingungen unserer Tests identisch sind", erklärt Yang, dass die simulierten Abgase mit Hilfe von Hochleistungs-Massendurchflussreglern exakt vermischt werden.

"Wir brauchen eine zuverlässige und reproduzierbare Durchflussregelung während unserer Simulationsläufe. Deshalb entwickelte Umicore die Testausrüstung zusammen mit den Bronkhorst-Flow-Spezialisten. Umicore führt verschiedene Simulationen durch. Wir simulieren Abgase von Motoren unter verschiedenen Lebenszyklus-Simulationen und Betriebsbedingungen. Zum Beispiel ist das Abgas des Autos anders, wenn der Motor noch kalt ist oder wenn der Motor eine hohe Drehzahl hat."

Prüfstand für Alterungssimulation

"Ein spezieller Prüfstand von Umicore simuliert die Alterung der Katalysatormaterialien. Dies wurde erreicht, indem die Umgebungstemperatur des Katalysators in einem Testlauf für einige Stunden bis zu 24 Stunden auf 800° Celsius aufgeheizt und das simulierte Abgas addiert wurde. Hier beweisen die Bronkhorst-Instrumente eine hohe Stabilität unter den harten Testbedingungen", sagt Yang.

Alterung von Katalysatioren

Künstliche Abgase zur Simulation

Um Motorabgase zu simulieren, mischt Umicore mehrere Gase. Im Allgemeinen finden die folgenden Reaktionen im Katalysator statt:

  • Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff und Sauerstoff: 2NOx ⇨ xO2 + N2
  • Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid: 2CO + O2 ⇨2CO2
  • Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlendioxid und Wasser: CxH2x+2 +[ (3x+1)/2]O2 ⇨ xCO2 + (x+1)H2O.

Zum Mischen dieser Gase werden digitale EL-FLOW Select Massendurchflussregler verwendet. Um das Gasgemisch unter gleichem Druck zu halten, wird ein EL-PRESS Druckreglergerät verwendet, um den Druck gleichzeitig mit dem Durchfluss zu regeln.

Die Abgase von Motoren enthalten auch verdampftes H2O. Zu diesem Zweck wird der Bronkhorst 'Controlled Evaporation Mixer' (CEM) eingesetzt. Alle digitalen Massendurchflussregler, Druckregler und der CEM sind mit einem Computer verbunden, auf dem ein Softwareprogramm zur Steuerung der Geräte läuft.

Im Alterungssimulations-Prüfstand von Umicore werden Hochtemperatur-Massendurchflussregler von Bronkhorst eingesetzt. Die Bronkhorst EL-FLOW Select-Regler von Bronkhorst verfügen über eine abgesetzte Elektronik, die Gastemperaturen von bis zu 110° Celsius widersteht und dennoch die Gase mit hoher Genauigkeit und exzellenter Wiederholgenauigkeit regelt.

Herr Yang Jinliang (vor der Umicore Catalyst Alterungssimulationstesteinrichtung

Wie gefällt Ihnen der Support für Bronkhorst-Produkte in China?

Auf die Frage nach Bronkhorst Support und Service in China ist Yang begeistert:"Alle Bronkhorst-Experten in China sind sehr professionell und haben eine schnelle Antwort. Gerade in der Anfangsphase unseres Projektes, als wir es am meisten brauchten, waren meine Kontakte entschlossen, uns zu unterstützen. Das System läuft reibungslos, aber es ist angenehm zu wissen, dass Bronkhorst eine seiner Global Service Offices in Shanghai unterhält, wenn wir Kalibrierung oder Service benötigen."

Logo Global Services Offices

• Lesen Sie mehr über Anwendungen im Katalysebereich

• Sie möchten mehr wissen über Massenduchflussregelung in der Katalyseforschung? Sehen Sie sich unseren Webinar an.

Massendurchflussmessungen in der Seismologie – Experimente zur Nutzung der Geothermie

Massendurchflussregler von Bronkhorst werden bei Experimenten zur Simulation von Geothermie-Energie-Prozessen eingesetzt.

Samuel Neeser
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Neue Energiequellen zu finden ist ein umstrittenes Thema in der heutigen Gesellschaft. In meiner Heimat, der Schweiz, liebe ich die Landschaft, die wir mit wunderschönen Bergen und Tälern überall bewundern können. Wäre es nicht toll, wenn wir diese Berge so nutzen könnten, dass sie uns helfen unsere eigene saubere Energie zu erzeugen?

Das Schweizer Grimsel Felslaboratorium (NAGRA, ETH Zürich) untersucht die Möglichkeiten der Nutzung der Erdwärme als Energiequelle Geothermie.

Mit Geothermie Ihr Kraftwerk aufwärmen?

Die Stromproduktion in der Schweiz lässt sich heute in 3 Hauptquellen unterteilen:

  • Wasserkraftwerke
  • Kernkraftwerke
  • Konventionelle Wärmekraftwerke und sonstige Anlagen

Etwa 30% der Stromproduktion stammt aus Kernkraftwerken. Wäre es nicht wunderbar, wenn man noch mehr in eine sauberere Energie umwandeln könnte? Die Geothermie scheint hier ein guter Ersatz für einen Teil der heute genutzten Kernenergie zu sein. Die Idee selbst ist ganz einfach: Kaltwasser in die Erdkruste pumpen, durch Erdwärme erwärmen lassen und das Warmwasser zur Wärmegewinnung aufpumpen, zum Beispiel in einem Kraftwerk.

Es gibt jedoch einen Haken. In einer Tiefe von 4 bis 5 Kilometern, wenn das injizierte Wasser auf 200 °C erhitzt wird, dehnt es sich im porösen Gestein aus. Die Durchlässigkeit des Gesteins ist gering und muss durch Hochdruckinjektionen verbessert werden. Dieser Druckanstieg kann zu seismischen Ereignissen führen.

Im Felslabor Grimsel wird untersucht, unter welchen Bedingungen solche induzierten Erdbeben auftreten und wie das Ausmaß solcher Erdbeben reduziert werden kann, um an der Erdoberfläche nicht spürbar zu werden.

Grimsel Felslabor

Warum Massendurchflussregler?

Bronkhorst-Massendurchflussregler werden in ihren Experimenten zur Simulation des geothermischen Energiegewinnungsprozesses durch kontrollierte Zuführung von Wasser in die unterirdischen Gesteine eingesetzt.

Massendurchflussregler sind erforderlich, um die gewünschte Wassermenge mit dem richtigen Druck exakt in das Gestein einzuspritzen. Um zu untersuchen, welche Wasserdurchflussmenge eine bestimmte Aktivität im Gestein hervorruft, sollten die Geräte in der Lage sein, einen großen Bereich von Wasserdurchflussmengen abzudecken.

Eine Reihe von hydraulischen Tests wie:

  • Pulseinspritzung
  • konstante Rate
  • konstanter Druck
  • zyklische Wasserinjektion

werden durchgeführt, um die hydraulischen Eigenschaften des Gebirges zu bestimmen und seinen Einfluss (d. h. das Druckverhalten) in Bohrlöchern in unmittelbarer Nähe des Injektionspunktes zu überwachen. Da Gesteine mit geringer Permeabilität Teil der Untersuchung sind, müssen sehr geringe Wassermengen bei sehr geringen Mengen über sehr lange Zeiträume eingespritzt werden.

Welche Massendurchflussregler wurden verwendet?

Die Bronkhorst-Lösung besteht aus drei verschiedenen Coriolis-Massendurchflussreglern, die auf einem Flowboard montiert sind, einschließlich Kontroll- und Überwachungseinrichtungen. Die Massendurchflussregler (MFC' s) wurden zur Steuerung von Reinstwasser eingesetzt.

  • MFC für 2 bis 100 g/h (mini CORI-FLOW M12)
  • MFC für 20 bis 1000 g/h (mini CORI-FLOW M13)
  • MFC für 0,8 bis 40 kg/h (mini CORI-FLOW M15

Um den Einfluss der geringen Durchflussmenge zu untersuchen, müssen viele verschiedene Durchflussmengen des Reinwassers als Eingangsparameter herangezogen werden, wobei nur eine geringe Anzahl von Geräten zur Verfügung steht.

Mit dem verwendeten Flowboard kann jedes der drei Geräte für den jeweiligen Durchfluss ausgewählt werden. Coriolis-Geräte werden hier wegen ihrer hohen Genauigkeit und weil sie in der Lage sind, unabhängig von Prozessbedingungen wie Umgebungstemperatur und -druck, direkt eine bestimmte Masse an Wasser zu liefern.

Darüber hinaus können Wassereigenschaften wie Temperatur und Dichte in Echtzeit abgelesen werden. Die maximale Wassertemperatur des Grimseler Felslabors, das sich in einer Tiefe von 400 bis 500 Metern befindet, beträgt 40°C (nur während der thermischen Tests).

Dieser Aufbau ist eine robuste, zuverlässige, flexible, kompakte und einfach zu bedienende Art und Weise, die Wasserversorgung zu steuern. Zur Verfolgung ihrer Experimente nutzen die Forscher der ETH Zürich Bronkhorst-Software, darunter FlowPlot, um das gesamte Experiment zu entwerfen.

Darüber hinaus haben sie mit TeamViewer die Möglichkeit, das Setup bei Grimsel von einem entfernten Standort aus zu steuern, anzusehen und zu überwachen, so dass sie nicht die ganze Zeit vor Ort sein müssen.

Grimsel Testsite

⦁ Laden Sie unseren Applikationsbericht herunter Reducing earthquakes when exploiting geothermal energy

⦁ Erfahren Sie mehr über die verwendeten Instrumente: mini CORI-FLOW mass flow controllers