Waarom zijn referentieomstandigheden bij massflow belangrijk ?

Waarom zijn referentieomstandigheden bij massflow belangrijk ?

Chris King
Cover Image

Je zou verwachten dat massflowmetingen worden uitgedrukt in eenheden van massa, zoals gram/uur, milligram/seconde enz. Toch werken de meeste gebruikers met volume-eenheden. Dat is prima, als we het maar wel over dezelfde referentieomstandigheden hebben. Laat ik met een voorbeeld beginnen:

Massa en volume

Stel, je hebt een cilinder van 1 liter, die is afgesloten door middel van een beweegbare zuiger waarvan het gewicht verwaarloosbaar is. Deze cilinder bevat 1 liter lucht op omgevingsdruk, ongeveer 1 bar. Het gewicht van 1 liter lucht bij 0°C is 1.293 g. Dit is de massa.

Als we de zuiger indrukken tot halverwege de cilinder, is het volume nog maar een halve liter en is de druk ongeveer 2 bar. Maar de massa is nog steeds 1.293 g; er is niets bijgekomen of afgegaan.

Als we van dit voorbeeld uitgaan, moet massflow eigenlijk worden uitgedrukt in eenheden van gewicht zoals g/h en mg/s. Toch werken veel gebruikers met eenheden van volume. Dit is geen probleem, zolang het voor iedereen duidelijk is onder welke omstandigheden massa naar volume wordt omgerekend.

Dichtheid gebruiken om massflow om te rekenen naar volumeflow

Om de dichtheid te gebruiken voor het omrekenen van massflow naar volumeflow moeten we een combinatie van specifieke druk en temperatuur kiezen waarbij we de dichtheid voor het gas gebruiken.

In de afgesproken omstandigheden zijn verschillende referenties opgenomen: normale referentie en standaard referentie, die beschikbaar zijn in Europese of Amerikaanse stijl. Wat is het verschil?

pressure temperature conditions

Normale referentie, Europese stijl

Volgens de ‘Europese’ definitie zijn de ‘normale’ referentieomstandigheden een temperatuur van 0°C en een druk van 1.013 bar. Dit wordt aangegeven met de letter ‘n’ in subscript in de gebruikte volume-eenheid (mln/min of m3n/h). De methode voor directe meting van thermische massflow is altijd gebaseerd op deze referentieomstandigheden, tenzij andere omstandigheden worden gevraagd.

Voorbeeld van omrekening naar volumetrische eenheden onder normale referentieomstandigheden: De massflowmeter geeft een luchtstroom van 100 g/h aan.

  • Dichtheid lucht (bij 0°C) = 1,293 kg/m3
  • X ln/m lucht = 100 g/h / (60 min/h × 1,293 kg/m3)
  • Flow = 1,29 ln/min lucht

Standaard referentie, Europese stijl

Een andere methode is om uit te gaan van de ‘standaard’ referentieomstandigheden: een temperatuur van 20°C en een druk van 1.013 bar. Dit wordt aangegeven met letter ‘s’ in subscript in de gebruikte volume-eenheid (mls/min of m3s/h).

Voorbeeld van omrekening naar volumetrische eenheden onder standaard referentieomstandigheden: De massflowmeter geeft een luchtstroom van 100 g/h aan.

  • Dichtheid lucht (bij 20°C) = 1,205 kg/m3
  • X ls/m lucht = 100 g/h / (60 min/h × 1,205 kg/m3)
  • Flow = 1,38 ls/min lucht

Als het voorvoegsel ‘s’ is gebruikt, verwijst dit naar Amerikaanse stijl.

Standaard referentie, Amerikaanse stijl

Volgens de ‘Amerikaanse’ definitie verwijst het voorvoegsel ‘s’ in sccm, slm of scfh naar ‘standaard’ omstandigheden, 101.325 kPa absoluut (14.6959 psia) en een temperatuur van 0°C (32°F).

Houd bij het bestellen van een instrument rekening met de referentieomstandigheden. Het kan van de klant afhangen of ‘Normaal’ of ‘Standaard’ wordt gebruikt.

Waarom is dit belangrijk?

Omdat er bij gebruik van de verkeerde referentieomstandigheden een verschil van meer dan 7% kan optreden met wat de klant verwacht! normal en standaard referenties, onderverdeeld in Europese en Amerikaase stijl tabel met normale en standaard referenties, onderverdeeld in Europese en Amerikaanse stijl

Lees meer over de technologieën van Bronkhorst en over de theorie van massflow.

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!

Het regelventiel, een onmisbaar onderdeel in flowregeling

Het regelventiel, een onmisbaar onderdeel in flowregeling

Stefan von Kann
Cover Image

Een regelventiel wordt gebruikt om een flow te regelen door te de grootte van de ventieldoorgang te variëren. Dit gebeurt via een signaal van een regelaar, zoals een ingebouwde PID-regelaar in een flowmeter. Het is waarschijnlijk het meest gebruikte onderdeel voor het regelen van de flow.

Een onderdeel van massaflowregelaars

Regelventielen kunnen in massflow- en drukregelaars worden ingebouwd of als los deel samen met een flow- of drukmeter worden gebruikt. In combinatie met een feedbackloop van de massflow- of de drukregelaar, regelt het ventiel de flow naar een ingesteld setpoint.

Afhankelijk van de toepassing is het vaak duidelijk of je een massflowregelaar met een shut-off ventiel (open-dicht) nodig hebt of met een regelventiel en of je een ventiel nodig hebt dat standaard open- of dichtstaat. Er bestaan verschillende soorten regelventielen, elk met hun eigen bereiken, voor- en nadelen.

In dit blog bespreek ik een aantal ventielen en leg ik uit hoe je kan omgaan met een hogere absolute en verschildruk en hoe je een hogere flow kunt krijgen bij lage verschildrukken.

Het directe regelventiel

Een direct regelventiel bestaat uit een opening die het flowbereik bepaalt, en een regeloppervlak, de plunjer, die bepaalt hoe ver het ventiel openstaat en daarmee hoeveel flow er door het ventiel stroomt.

  • Voordeel: dit ventiel is relatief snel en goedkoop en heeft niet veel vermogen nodig om de flow te regelen.
  • Het nadeel ervan is dat het slechts een beperkte druk en een beperkte flow aankan.

Laten we een elektromagnetisch ventiel als voorbeeld nemen:

Bij een ventiel wordt de kracht (F), die nodig is om het ventiel te openen, bepaald door de diameter (d) van de opening en het drukverschil (Δp) op het ventiel , (F ~ Δp * ¼ d2). Als het drukverschil of de diameter van de opening groter wordt, zal het ventiel niet meer of slechts deels opengaan door deze kracht (welke kan toenemen tot meer dan 15 N voor een drukverschil van 200 bar op een opening van 1 mm), die het ventiel dichtdrukt.

Een elektromagnetisch ventiel kan slechts een kracht van ca. 5 N uitoefenen op de plunjer. Je kunt eventueel wel een sterkere spoel gebruiken, waardoor de magnetische kracht groter wordt. Het vermogen van massaflowregelaars is echter vaak beperkt en ook de geproduceerde warmte kan een probleem gaan vormen. Gevolg: een beperkte maximale flow, evenredig aan de druk en de ventieldiameter in het kwadraat.

Kortom, door deze beperkingen zijn de meeste directe regelventielen niet geschikt voor hoge flows of kunnen ze geen hoge verschil- of absolute druk aan. Je kunt de directe regelventielen wel gebruiken voor kleinere flows van 1 mln/min tot ca. 50 ln/min.

Welke alternatieven hebben we?

  • 1) Het ontwerp van het directe regelventiel aanpassen, zodat het een hogere druk aankan
  • 2) Een indirect ventiel gebruiken
  • 3) Een drukgecompenseerd ventiel gebruiken voor een hogere flow bij een lage druk

1) Direct regelventiel voor hoge druk

De eenvoudigste oplossing voor het probleem van de hogere druk is om het ontwerp van het directe regelventiel aan te passen. Aangezien de grootte van de opening nog steeds beperkt is en ook het vermogen van de regelaar niet is aangepast, kan het ventiel worden gebruikt voor relatief kleine flows (max. 20 ln/min). Om de grotere drukverschillen – max. 200 bar verschildruk (bard) – aan te kunnen, moeten (de body van) het ventiel n de massaflowregelaar veel robuuster zijn. De meeste ventielen kunnen geen pieken van 200 bard aan: ofwel het afdichtingsmateriaal scheurt, ofwel de mechanische onderdelen kunnen de plotse krachtpieken die bij 200 bard kunnen optreden, niet aan.

Het ventiel, en daardoor ook de volledige massaflowregelaar, is slechts een beetje groter dan een gewoon ventiel. Kleine flows worden hierdoor dan weerbeperkt, doordat het ventiel bij hoge drukverschillen kan gaan lekken.

2) Indirect regelventiel

Voor een nog hogere druken een grotere flow, moeten we onze massaflowregelaar in de basis gaan aanpassen. Met een zogenoemd indirect regelventiel (afbeelding 1) kunnen grotere flows (tot 200ln/min) en een hogere absolute (tot 700bara)en verschildruk (tot 400bard) worden gehaald.

indirect regelventiel

Indirect regelventiel

Een indirect regelventiell (of 2-traps regelventiel) bestaat uit:

  • een direct geregeld stuurventiel (A), dat reageert zoals we eerder hebben beschreven, maar dat geen extra vermogen nodig heeft.
  • een extra ventiel in de body, namelijk een drukcompenserend onderdeel (B) dat zorgt voor een constant drukverschil (P1 -P2) op het stuurventiel (A) van slechts enkele bar. Hierdoor kunnen zowel de in- als de uitgaande druk wijzigen zonder dat dit gevolgen heeft voor de werking van het ventiel. De kracht die op het drukcompenserende onderdeel wordt uitgeoefend, zorgt ervoor dat het ventiel dicht blijft. Alleen als het direct gestuurde ventiel opengaat, daalt het drukverschil tot een waarde die laag genoeg is om het ventiel te openen en de flow te regelen.

Het indirecte regelventiel bestaat dus uit twee in serie geschakelde ventielen (A+B). Zowel het drukverschil als de grootte van de ventielopening bepalen de resulterende flow.

Het nadeel van dit ventiel is het formaat en de relatief hoge prijs. Bovendien is een minimaal drukverschil nodig om het drukcompenserende onderdeel van het ventiel te sluiten. De grootte van de openingen is ook nog steeds beperkt. Om bijvoorbeeld 200 ln/min te halen, is een minimale ingangsdruk van > 150 bara nodig. Om zulke flows te halen bij een lagere druk, is een heel ander soort ventiel nodig, zoals een drukgecompenseerd balgventiel.

3) Drukgecompenseerd ventiel

Je kunt grotere ventielopeningen gebruiken en grotere flows halen met een direct regelventiel, maar daarvoor moet de druk in het ventiel worden verlaagd. Dit is mogelijk met behulp van een drukgecompenseerd balgventiel, waarbij de effectieve diameter voor de afdichtkracht aanzienlijk kleiner is (afbeelding 2). Met een balgventiel kunnen flows van enkele honderden liters per minuut worden gehaald met een minimaal drukverschil. De absolute druk is evenwel beperkt omwille van het ontwerp, en het ventiel is veel groter en duurder dan een gewoon direct regelventiel.

drukgecompenseerd ventiel Drukgecompenseerd ventiel

Conclusie: Afhankelijk van de druk die je massaflowregelaar moet aankunnen en de flow die je wilt bereiken, kun je het volgende gebruiken:

  • • een direct geregeld hogedrukventiel (max. 200 bara en 20 ln/min), of
  • • een indirect drukgecompenseerd ventiel (max. 700 bara of 400 bard en 200 ln/min).

Voor grote flows bij een lage druk is een drukgecompenseerd ventiel de beste oplossing.

Bekijk de regelventielen die we vaak gebruiken in combinatie met onze flow- of drukmeters.

ventieloverzicht Ventieloverzicht

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!

De e-sigaret: vloek of zegen? Op zoek naar sporen...

De e-sigaret: vloek of zegen? Met massastroom op zoek naar sporen

Frau Prof. Michaela Aufderheide
Cover Image

Professor Aufderheide is al meer dan dertig jaar actief op het gebied van celgebaseerde alternatieve methoden met inademingstoxicologie als onderzoeksprioriteit, dat wil zeggen de werking van gasvormige werkzame stoffen op de epitheelcellen van de luchtwegen. Hiertoe heeft zij met haar medewerkers speciale apparaten ontwikkeld, de gepatenteerde CULTEX RFS-modules, waarmee de gekweekte cellen met deze werkzame stoffen direct kunnen worden behandeld. De toenemende luchtvervuiling in de omgeving en op de werkplek vraagt om dusdanige nieuwe testmethodes dat prognoses kunnen worden gemaakt van de veiligheidsrisico's van dergelijke stoffen. Het uitermate gevoelige karakter van de biologische testsystemen vraagt om een stabiele en exacte technische opstelling voor het testen van de respectievelijke atmosferen, waarbij naast de CULTEX-technologie de massastroomregelaar (mass flow controller) voor het afstellen en controleren van aerosolstromen over de cellen van fundamenteel belang is.

De e-sigaret

De geschiedenis van de mensheid kenmerkt zich door haar ontvankelijkheid voor genotmiddelen. Daartoe behoren sinds het begin der tijden niet alleen bedwelmende middelen als alcohol, maar ook roken. Hoewel we ons allemaal bewust zijn van de gezondheidsrisico's geven "de meeste mensen hun ondeugden pas op als deze klachten beginnen te veroorzaken" (William Somerset Maugham).

Dit motto heeft met name betrekking op het roken. Het is algemeen bekend dat overmatig roken het risico van hart- en vaatziekten en longkanker verhoogt en toch geven we toe aan de verlokking van de "blauwe walm". Steeds opnieuw blijkt uit epidemiologische onderzoeken hoe schadelijk deze genotzucht is maar desondanks lukt het ons dikwijls niet de belofte om te stoppen met roken gestand te doen, ondanks de zekerheid dat iedere sigaret er een te veel zijn kan.

In dit verband propageert de sigarettenindustrie de e-sigaret als het alternatief. Bij de verbranding van tabak ontstaan duizenden schadelijke stoffen, die de roker natuurlijk ook inademt. Bij de e-sigaret daarentegen wordt een nevel ingeademd die geen voor de gezondheid schadelijke producten van een verbrandingsproces zou bevatten. Deze "damp" wordt geproduceerd uit een gearomatiseerde vloeistof (voornaamste ingrediënten: propyleenglycol, glycerine, ethanol, diverse smaakstoffen en nicotine naar behoefte) met behulp van een zogenaamde verstuiver.

De elektronische sigaret wordt daarom door de sigarettenindustrie aangeprezen als "gezonder" alternatief voor de gewone sigaret en ter ontwenning van het roken. Er wordt zeer veel geld geïnvesteerd om wetenschappelijk te bewijzen dat de producten van de e-sigaret niet zo schadelijk zijn als die van tabak. In principe is deze claim juist. Hij beantwoordt echter niet de vraag welke werking de "damp" op zich heeft. Wij hebben niet de beschikking over epidemiologische onderzoeken zoals bij sigarettenrook, en derhalve kan niemand uitsluiten dat overmatig of langdurig gebruik van de e-sigaret onze gezondheid zou kunnen schaden.

In-vitro-onderzoeken

Hoe kunnen we een dergelijk vraagstuk dan benaderen? Wat overblijft is het doen van in-vitro-onderzoek. Hiervoor gebruiken we levende celculturen als alternatief voor dierproeven.

Werkzame stoffen die geïnhaleerd worden, komen in de longen eerst in aanraking met de epitheelwand. Deze bestaat uit een grote hoeveelheid cellen die op grond van hun speciale functies dienen om de geïnhaleerde stoffen tegen te houden dan wel te deactiveren. Het gaat hier niet alleen om slijm producerende cellen die met hun afscheiding dergelijke schadelijke stoffen "onderscheppen", maar ook om thrilhaarcellen die dit slijm vervolgens kunnen afvoeren. Andere cellen dienen ter ontgifting, en een gezond lichaam beschikt over voldoende vervangende cellen om de beschadigde of afgestorven cellen wat betreft functionaliteit te kunnen vervangen. Op het gebied van celgebaseerd onderzoek zijn we in staat dergelijke celpopulaties van mensen ter beschikking te stellen voor onderzoek (zie afbeelding 2A). De cellen worden op microporeuze membranen gecultiveerd in zogenaamde transwells waarbij ze vanaf de onderkant over het membraan van voedingsstoffen worden voorzien, terwijl het apicale (buitenste) gedeelte van de cultuur kan reageren met de omgevingsatmosfeer.

Mass Flow Controller – the guardians of cell exposure

We hebben hier in de loop der jaren efficiënte blootstellingssystemen voor cellen ontwikkeld, de zogenaamde CULTEX®RFS Modules, die een directe, stabiele en reproduceerbare blootstelling van gecultiveerde longcellen aan de luchtvloeibaarheidsgrenslaag Air-Liquid Interface (ALI) mogelijk maken (zie afbeelding 1A). Met name deze stabiliteit staat garant voor significante resultaten en wordt enerzijds gegarandeerd door het aerosol-fysiek afgestemde ontwerp van de CULTEX®RFS Modules en anderzijds door toepassing van de computergestuurde mass flow controller (IQ+FLOW-serie en EL-FLOW Select-serie van de firma Bronkhorst), die wat betreft besturing en constructie zijn aangepast aan de vereisten van celgebaseerde blootstelling. De doorstroomregeling zorgt voor een precieze en reproduceerbare atmosfeer om de cellen aan de testgassen bloot te stellen. Juist deze robuustheid van de proefopstelling levert resultaten op waardoor conclusies over de werking van de respectievelijke testomgeving mogelijk zijn. In dit geval werd de e-sigarettendamp (50 trekjes per behandeling) en ter vergelijking daarmee gewone sigarettenrook (24 trekjes per behandeling) drukloos over de gedifferentieerde cellen getrokken waarbij de cellen gedurende acht dagen aan de respectievelijke behandelingsdosering werden blootgesteld. Als controlegroep dienden met schone lucht behandelde cellen.

Afbeeldingsomschrijving

A. CULTEX®RFS Compact met 6 transwell-posities, die afzonderlijk met de testatmosfeer in beweging gezet worden. B. De testatmosfeer wordt gecontroleerd via de massastroomregelaar gestuurd en centraal de module ingeleid, straalsgewijs over de celcultuurhouders verdeeld en voortdurend over de cellen gezogen.

De resultaten zijn samengevat in afbeelding 2 en leverden een verrassing op. De vergelijking van de histologische preparaten van de met rook en e-sigarettendamp behandelde cellen met de schoneluchtcontrolegroep liet zien dat sigarettenrook - zoals verwacht - een duidelijke vermindering van zowel de slijmproductie als het aantal trilharen en de vorming ervan tot gevolg had. Voor de e-Liquid aerosol was na deze behandelingsperiode echter een vergelijkbaar, zij het minder uitgesproken effect waarneembaar. In vergelijking met de met schone lucht behandelde cellen hebben we hier te maken met een significant effect, dat ons op zijn minst aan het denken moet zetten. De uitspraak "de damp is minder werkzaam dan rook" mag niet worden geassocieerd met de slotconclusie dat de damp geen effect heeft. In de toekomst moet deze problematiek als uitgangspunt worden genomen om profylactisch op te kunnen treden tegen langetermijnschade.

Lees meer over de gebruikte thermische massflowregelaar en de IQ+FLOW®

Afbeeldingsomschrijving

Dwarsdoorsnede van celcultuur-invoermembranen van geïmmortaliseerde NHBE-cellen (CL-1548) met HE-kleuring (hematoxyline en eosine). Na 21 dagen cultivering aan de luchtdoorstroominterface werden de cellen herhaaldelijk (dagelijks gedurende vijf dagen en na een rustperiode van twee dagen wederom gedurende drie opeenvolgende dagen, maximale blootstellingscyclus: acht herhalingen aan blootstelling met rook) blootgesteld aan zuivere lucht (CA), mainstream-sigarettenrook (CS; 4x K3R4F-sigaretten per ronde conform ISO 3308, University of Kentucky, Lexington, KY, USA) en e-liquid-damp (EC) zonder nicotine (Tennessee Cured, Johnsons Creek, Hartland, WI, USA). De K3R4F-sigaretten werden door een rookrobot gerookt en als volgt bediend: 24 trekjes met een volume van 35 ml in twee seconden, een uitblaastijd van zeven seconden en tien seconden tussen de trekjes. De elektronische sigaret van het type InSmoke Reevo Mini (InSmoke Shop, Zwitserland) werd op vergelijkbare wijze behandeld: 50 trekjes (volume 35 ml, trekduur twee seconden, low-out-tijd van zeven seconden) en tien seconden tussen de trekjes.

Meer informatie is te vinden op de website van Cultex Technology.

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!

Intelligente flowmeters voor preventief onderhoud

Intelligente flowmeters voor preventief onderhoud

Harry Bosvelt
Cover Image

Onderhoud is een belangrijk thema dat terugkomt bij veel organisaties vanwege digitalisering van productieprocessen. Onderhoud kun je heel breed definiëren als alles wat te maken heeft met het goed functioneren van massaflowmeters en regelaars. Onderhoud kan bestaan uit corrigerend onderhoud, onderhoud plegen op het moment dat het nodig is bijv. omdat ze vervuild zijn, maar ook preventief onderhoud, het periodiek terugsturen van instrumenten voor service of kalibratie. Instrumenten worden ook steeds meer op de toekomst voorbereid en worden ‘intelligenter’. Hier speelt toestandsafhankelijk onderhoud (condition-based maintenance) een rol en gaan we ook steeds meer richting voorspellend onderhoud (predictive maintenance) met als doelstelling om ongeplande downtime en verspillingen te reduceren. Ook regelgeving heeft een steeds grotere invloed op onderhoud. In veel markten worden steeds meer eisen gesteld aan het onderhoud van instrumenten.

Het belang van goed onderhoud

Voor klanten van Bronkhorst is het onderhoud van hun massaflowinstrumenten een belangrijke pijler. Bronkhorst massaflowinstrumenten zijn uiterst robuust ontworpen en zijn onder normale omstandigheden ongevoelig voor slijtage. Wij zien dat instrumenten vaker onder extreme procescondities worden toegepast. Goed onderhoud maakt de kans kleiner dat een instrument plotseling en onverwacht uitvalt onder dergelijke omstandigheden. Zo’n onverwachte downtime levert directe kosten op in termen van extra tijd die het personeel kwijt is om het instrument te laten controleren en herstellen. Maar het heeft ook een negatief gevolg voor de opbrengst of productiekwaliteit op de korte termijn en mogelijke reputatieschade op de lange termijn.

Binnen Industrie 4.0 speelt onderhoud een aanzienlijke rol. Na de uitvinding van de stoommachine, massaproductie met elektromotoren en verdergaande automatisering zitten we inmiddels in de vierde industriële revolutie. De essentie hiervan is dat je gegevens (‘data’) en de uitwisseling hiervan via snelle netwerkverbindingen gebruikt om industriële productietechnieken nog efficiënter en slimmer te maken. Deze ontwikkeling heet daarom ook wel ‘smart industrie’. Eén van de drivers achter Industrie 4.0 is het verminderen van de cost of ownership. Met deze digitale technieken kun je onderhoudskosten met minimaal 30% reduceren, en ongeplande downtime kan met minimaal 70% naar beneden worden gebracht. *1) Dat zijn significante getallen - er valt dus nog veel te winnen.

Onderhoud van massaflowinstrumenten - hoe ging dit in het verleden, hoe gaat het nu, en hoe gaat dit er volgens Bronkhorst in de toekomst uitzien? En welke rol speelt Industrie 4.0 daarbij?

Onderhoud door de jaren heen

maintenance ladder maintenance ladder

Corrigerend onderhoud

In de beginjaren van Bronkhorst was corrigerend onderhoud (corrective maintenance) de norm. De meeste massaflowmeters en regelaars waren toen nog analoog en hadden geen diagnostische parameters. Als zo'n instrument service nodig had, dan werd het naar Bronkhorst gestuurd of een servicemonteur kwam op locatie bij de klant. Deze methode kostte veel tijd en geld vanwege de lange downtime. Het servicenetwerk is later wereldwijd ingericht met momenteel 20 GSO’s (Global Service Offices, geautoriseerde serviceafdelingen wereldwijd) en een 24/7 helpdesk. Voor snelle service werden reserveonderdelen op voorraad gehouden.

service monteur op locatie service monteur op locatie

Preventief onderhoud

In het digitale tijdperk, dat net na de eeuwwisseling begon en eigenlijk nog steeds voortduurt, was preventief onderhoud (preventive maintenance) in opkomst. Klanten stuurden hun instrumenten periodiek terug naar een Bronkhorst serviceafdeling voor onderhoud en kalibratie. Dit vroeg nog steeds veel planning en tijd, maar dat was in zekere zin geplande downtime. Dit verlaagde wel de kans op ongeplande downtime, maar het gaf geen garantie - er kon altijd nog iets defect gaan.

service department service afdeling

Sinds 2004 kunnen instrumenten op afstand worden uitgelezen door een dienst die we 'Remote Support' noemen. We kunnen hierbij op afstand meekijken, bijvoorbeeld of het proces van de klant instabiliteit vertoont. De klant koppelt zijn instrument aan een PC of laptop, die met het internet verbonden is. Aan de hand van interne aanwezige diagnostische parameters kun je de status van het instrument uitlezen. Op basis van de statusindicatie of bevindingen bepalen we samen met de klant welke actie er moet volgen. Zo kunnen we bijv. de regelinstelling (PID-waarden) wijzigen, wanneer we geconstateerd hebben dat een proces niet goed regelt.

Een mooi recent voorbeeld hiervan: een klant uit Canada belde onlangs naar de World Wide Support Line. Hij gaf aan dat een analyzer, die was aangesloten op zijn applicatie met daarin een Bronkhorst damp doseersystem (CEM), geen water detecteerde. Via 'Remote Support' stelden we met Bronkhorst-software vast dat de klant een bepaalde instelling van zijn aansturing niet goed had staan: de Bronkhorst vloeistof flowregelaar ontving niet de juiste setpoint-waarde, waardoor de regelklep voor watertoevoer gesloten bleef. De oplossing? Samen met de klant hebben wij de juiste instellingen bepaald voor zijn proces. Door deze actie werd de klant direct geholpen. Opsturen van het instrument naar onze serviceafdeling of een bezoek van een servicemonteur was dus niet meer nodig wat kostbare tijd en middelen bespaarde.

Voorbereid op de toekomst

Om onze klanten nog beter te ondersteunen met onze 'Remote Support' gaan wij binnenkort Bronkhorst Expert Eye als extra dienst aanbieden. Dit is een smartphone app met video-ondersteuning. Met deze app staan de klant en servicemedewerkers van Bronkhorst in direct contact en kan real-life ondersteuning worden verleend. Met beeld en geluid zijn wij beter in staat direct advies te geven.

Voor de toekomst willen wij de intelligentie in onze instrumenten verder uitbreiden, met als doel om onze klanten nog meer te ontzorgen. Binnen onze bestaande instrumenten worden al gegevens toegepast die potentieel waardevolle informatie bevat over de toestand van het instrument of de kwaliteit van het proces van het systeem waar de massaflowcontroller onderdeel van is. Deze gegevens willen wij omzetten in informatie voor preventief onderhoud, proces monitoring en procesoptimalisatie.

Deze toepassing willen wij graag samen met u verder ontwikkelen. Voor meer informatie over specifieke dataoplossingen voor massaflowcontrollers, conditie gebaseerd en preventief onderhoud en komen wij graag met u in contact.

*1) Source: Driving Unconventional Growth through the Industrial Internet of Things (2015)

Lees meer over onze service mogelijkheden!

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!

Hoe worden flowmeters gebruikt in een katalytische behandeling van vluchtige organische stoffen (VOS)?

Hoe worden flowmeters gebruikt in een katalytische behandeling van vluchtige organische stoffen (VOS)?

Jean-Francois Lamonier
Cover Image

Jean-François Lamonier is docent-onderzoeker aan de Universiteit van Lille en is een expert op het gebied van katalytische behandeling van Vluchtige Organische Stoffen (VOS). Hij is verantwoordelijk voor het onderzoeksteam ‘Remediation and Catalytic Materials’(REMCAT) van het ‘Laboratory of Catalysis and Solid State Chemistry’ (UCCS). Dit team is gespecialiseerd in katalytische verwijdering van luchtverontreinigende stoffen uit stationaire bronnen (industrie) en mobiele bronnen (voertuigen). In deze blog presenteert hij zijn onderzoeksactiviteiten en legt hij uit wat de functie is van meetinstrumenten en massflowregelaars in zijn toepassingen.

De kernactiviteiten van het REMCAT team

Het onderzoeksteam REMCAT (Remediation and Catalytic Materials) van het Laboratory of Catalysis and Solid State Chemistry (UCCS)

Het team van REMCAT bestaat uit 6 docenten-onderzoekers. Hun activiteiten zijn gericht op de katalytische nabehandeling van luchtverontreinigende stoffen, vooral stikstofoxiden (NOx et N2O) en Vluchtige Organische Stoffen (VOS). Ons team beschikt over een brede expertise in heterogene katalyse: katalysatorsynthese, karakterisering van nieuwe katalytische formuleringen, evaluatie van de prestaties ervan door middel van uitvoerige katalytische tests, geavanceerde karakterisering van katalysatoren door middel van operando infraroodspectroscopie, reactiekinetiek en reactormodellering.

Een efficiënte behandeling van luchtverontreiniging door niet-thermisch plasma te combineren met katalyse

Op basis van dit scala aan vaardigheden op het gebied van milieukatalyse kunnen wij originele procedés ontwikkelen waarbij verschillende technologieën worden gecombineerd voor een efficiëntere, goedkopere en milieuvriendelijker behandeling van luchtverontreiniging. Dit doen wij in samenwerking met verschillende nationale en internationale onderzoeksteams, zoals de Research Group Plasma Technology van de Universiteit Gent. Dit onderzoeksteam is gespecialiseerd in de ontwikkeling van plasmareactoren en wij dragen hieraan bij dankzij onze expertise op het gebied van heterogene katalyse. Gezamenlijk werken we aan de ontwikkeling van procedés waarin niet-thermisch plasma gecombineerd wordt met katalyse. Dit onderzoek wordt uitgevoerd in een onlangs opgericht Internationaal Geassocieerd Laboratorium voor plasmakatalyse en via het Europees INTERREG V-project 'DepollutAir', dat ons onderzoek momenteel financiert.

Het gebruik van een adsorptiefunctionaliteit in het plasmakatalyse-omzettingsproces

Voor de klassieke procedés die met behulp van plasmakatalyse de Vluchtige Organische Stoffen (VOS) afbreken die in door de industrie uitgestoten gassen aanwezig zijn, is een constante energie-input nodig. In onze werkwijze wordt aan het afbraakprocedé via plasmakatalyse een functionaliteit toegevoegd waarbij de verontreinigende stof vooraf wordt geadsorbeerd. Daarmee wordt bij het elimineren van VOS een sequentiële toepassing van het plasma mogelijk, waarbij de adsorberende stof wordt geregenereerd, zodat veel energiezuiniger kan worden gewerkt. Ons team draagt zijn expertise bij aan de ontwikkeling van nieuwe materialen voor adsorptie/katalyse en aan de geavanceerde karakterisering van deze materialen.

Massflowmeters en massflowregelaars in toepassingen op het gebied van katalytische behandeling van Vluchtige Organische Stoffen (VOS)

Voor ons onderzoek moeten we VOS-mengsels genereren om door de industrie uitgestoten gassen te simuleren. Die uitgestoten gassen verschillen naargelang van het soort industrie. Om de industriële realiteit zo getrouw mogelijk na te bootsen, moeten we een gasflow kunnen genereren met heel variabele gehalten aan VOS en met VOS die heel verschillend van aard zijn, zoals formaldehyde, tolueen, chloorbenzeen, trichloorethyleen en butanol.

Afbeeldingsomschrijving

Verdunningssysteem met Coriolis flowmeter

Daartoe gebruiken we een verdunningssysteem dat wordt aangeleverd door Bronkhorst. Dit systeem bestaat uit een Coriolis massflowmeter, een drukregelaar (tegendrukregelaar) en een aantal thermische massflowregelaars. We hadden apparatuur nodig waarmee we lage VOS-concentraties kunnen bereiken, omdat de steeds strengere normen leiden tot een daling van het VOS-gehalte van de emissies in de atmosfeer. Ook moest het systeem zo flexibel mogelijk zijn, zodat het geschikt is voor zowel de aard van de diverse vloeistoffen die in het systeem worden ingebracht en in gas omgezet, als voor de VOS-gehalten in de uitgestoten gassen, die kunnen variëren van 10 tot 1000 ppmv.

Katalytische formuleringen

De relatieve vochtigheid van de uitgestoten gassen is een belangrijke parameter waarmee rekening moet worden gehouden bij de ontwikkeling van katalytische formuleringen. De aanwezigheid van waterdamp kan namelijk een positief of negatief effect hebben op de prestaties van het katalyseprocedé. Met het systeem voor gasgeneratie moest dus ook een variabele relatieve vochtigheid in het gasmengsel gegenereerd kunnen worden.

Afbeeldingsomschrijving

Om een katalytische formulering te krijgen die geschikt is voor de industrie, moet bovendien niet alleen worden nagegaan dat de katalysator actief en selectief is (d.w.z. dat de katalysator de gewenste producten moet genereren), maar ook dat hij door de tijd stabiel is. Je hebt immers weinig aan een katalysator die maar één dag werkt en de volgende dag moet worden vervangen. Daarom moeten we ervoor zorgen dat de geproduceerde gasuitstoot gedurende meerdere dagen constant blijft. Als een katalytische test wordt uitgevoerd gedurende één dag, kunnen we een luchtpomp gebruiken. Maar als we willen kijken of de katalysatoren door de tijd heen stabiel zijn, moeten we langdurige testen uitvoeren om te zien of de katalysator in staat is gedurende meerdere dagen actief te blijven. Met een klassiek systeem zou het ingewikkelder zijn om langdurige tests uit te voeren, terwijl dankzij het systeem van Bronkhorst een constante, continue flow zonder onregelmatigheden in de VOS-uitstoot in de lucht kan worden gegenereerd. Dit is absoluut een pre voor de validatie van ons proces.

Afbeeldingsomschrijving

Lees meer over het onderzoek van Jean-François Lamonier en van het REMCAT-team van de 'Unité de Catalyse et Chimie du Solide'.

Afbeeldingsomschrijving

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!

Gecontroleerde CO2-toevoer voor algenteelt

Gecontroleerde CO2-toevoer voor algenteelt

Jornt Spit
Cover Image

Bron: voor deze blog is Jornt Spit geïnterviewd door Eddy Brinkman op 19 juni 2019 (Betase / Bronkhorst)

Gastblogger deze keer is dr. Jornt Spit, onderzoeker bij de onderzoeksgroep Radius binnen de Belgische Thomas More hogeschoolgroep. Hij heeft een achtergrond in biochemie en biotechnologie. De onderzoekers binnen Radius werken aan hernieuwbare biomassa, waar algen en insecten worden gekweekt om deze verder te verwerken tot waardevolle grondstoffen in een biogebaseerde economie. In dit onderzoek maken zij gebruik van Bronkhorst massflowregelaars voor het nauwkeurig toevoegen van koolstofdioxide.

CO2 als waardevolle alternatieve koolstofbron

Koolstofdioxide (CO2) als waardevolle koolstofbron komt de laatste jaren steeds meer onder de aandacht. Uiteraard is er een trend waarbij de stijgende concentratie van CO2 in de atmosfeer sterk in de belangstelling staat. In die zin is er een toenemende focus op duurzaamheid in de maatschappij, en binnen Thomas More werken we aan een meer circulaire economie en een meer biogebaseerde economie. Dat wil zeggen: waarbij materialen, chemische stoffen en energie uit hernieuwbare (energie)bronnen komen, en niet van fossiele brandstoffen. Alternatieve biomassa kan hiervoor een belangrijke bron worden.

Afbeeldingsomschrijving

Onze onderzoeksgroep is bezig met het kweken van hernieuwbare biomassa, onder meer in de vorm van algen. Dit doen we onder gecontroleerde omstandigheden in grote horizontale buizen van een fotobioreactor. We kiezen ervoor om als koolstofbron zuivere CO2 te gebruiken, en we kweken de algen met het oog op verschillende toepassingen. Algen kunnen bijvoorbeeld nuttig zijn in de veevoersector ('feed'), in de voedingsindustrie ('food'), in de gezondheidsindustrie (‘neutraceuticals’), of in de cosmetica industrie . Als onderzoeksgroep zijn we minder betrokken bij het uitwerken van deze toepassingen; het gaat ons meer om de kweek-optimalisatie van de algen, dus de procestechnologische kant ervan.

Algen voor omzetting naar waardevolle grondstoffen

Micro-algen vormen een zeer grote en diverse groep. Er zijn meer dan 50.000 verschillende soorten algen beschreven, en waarschijnlijk bestaan er wel honderdduizenden soorten. Het zijn eencellige organismen, maar ze kunnen soms ook kolonies vormen. Algen zijn foto-autotrofe organismen. Dat wil zeggen dat ze CO2 gebruiken als koolstofbron, en die omzetten naar suikers door middel van fotosynthese. Microalgen die we kweken bevatten bijzonder veel interessante stoffen. Eiwitten, suikers en vetten, dat zijn de grotere groepen. Daarnaast zijn er hoogwaardige chemicaliën die door micro-algen gemaakt worden, zoals pigmenten en antioxidanten. Zo kweken we met Radius een speciale alg die de kostbare rode kleurstof fycoerythrine aanmaakt. Algen zijn in feite kleine fabriekjes die allerlei stoffen aanmaken die we graag willen; Om dus die stoffen te synthetiseren hoeven we het wiel niet helemaal opnieuw uit te vinden. Alles is in de algencellen evolutionair ontwikkeld om die interessante stoffen te maken, enkel op basis van wat zonlicht, CO2, en wat nutriënten. Er is dus een enorm potentieel om die stoffen te gaan gebruiken.

Afbeeldingsomschrijving

Een algencultuur groeit in densiteit door celdeling. Als de omstandigheden het toelaten blijven de algen delen tot een cultuur zijn maximale densiteit bereikt. Op dat punt worden de algen geoogst: de algenbiomassa is dus zelf het product. In onze gesloten fotobioreactoren bereiken we een dichtheid van 1 tot 2 gram droge stof per liter, en die kunnen we er dan uithalen. Deze biomassa is direct te gebruiken in bijvoorbeeld voeding of als veevoer, maar we kunnen de biomassa ook verder verwerken, 'open breken', en de interessantste stoffen eruit halen. Dat laatste doen we in de vorm van bio-raffinage of extractie. Het volledige proces van algen kweken, oogsten en verder verwerken is een hele uitdaging, waarbij elke stap belangrijk is, en zo efficiënt mogelijk moet worden uitgevoerd om het geheel rendabel te maken.

Massflowregelaars voor nauwkeurige toevoer

Voor groei-optimalisatie is het van belang om een alg te kiezen die goed groeit onder de omstandigheden die we hier ter beschikking hebben. Niet alle algen neem even efficiënt CO2 op, en niet alle algen groeien even snel. We onderzoeken onder welke temperaturen de verschillende algensoorten het beste groeien, en hoeveel licht zo'n alg nodig heeft. Hier op de campus maken we gebruik van natuurlijk zonlicht: de fotobioreactoren bevinden zich in een klimaat-gecontroleerde serre. Overdag als de zon schijnt groeien de algen, 's nachts niet. In het kader van het Interreg project ‘EnOp’ stellen we o.a. de volgende onderzoeksvraag: als we extra CO2 aan de reactor toevoegen, hoeveel sneller groeien de algen dan, en welke algensoorten nemen het meest efficiënt de CO2 op? Daarvoor hebben we massflowregelaars nodig, want we willen exact weten hoeveel CO2 we hebben toegediend.

De CO2 wordt gemengd met ingaande lucht die naar de reactor gestuurd wordt, waarna de CO2 oplost in het vloeibare cultuurmedium, met hierin ook andere voedingsstoffen. Omdat CO2 (koolzuurgas) een zwak zuur is, wordt de zuurgraad (pH) van het medium steeds lager. Dit heeft een negatief effect, want de meeste algen groeien het best bij een pH ruwweg tussen 7 en 8. Echter: als algen groeien, dan nemen ze CO2 uit het medium op, waardoor de pH weer stijgt. De zuurgraad luistert heel kritisch. Als de pH buiten het gewenste bereik komt, dan hebben algen de neiging om te gaan uitvlokken. De massflowregelaars kunnen dan ook worden ingeschakeld om CO2 zodanig te doseren dat de pH stabiel blijft op de optimale pH-waarde voor de alg. Daarom werd het doseersysteem gekoppeld aan de pH, om zo optimaal mogelijk CO2 toe te dienen. Op deze manier kunnen we kijken wat de maximale groeisnelheid is van de alg, en hoeveel CO2 daarvoor moet worden toegevoerd.

Afbeeldingsomschrijving

Als er te veel CO2 wordt toegevoegd zal de pH van het medium te veel dalen, dan gaat de alg minder sterk groeien. Als er minder CO2 wordt toegevoegd is dat op zich geen probleem, maar dan zullen we zien dat de alg trager groeit omdat de groei gelimiteerd wordt door koolstofgebrek. Er is dus een optimale hoeveelheid toe te dienen CO2. Bovendien speelt er nog iets: de CO2 moet de tijd krijgen om op te lossen. Als de CO2 niet oplost, dan ontsnapt deze uiteindelijk ook weer uit de reactor. Dan ben je in feite gewoon CO2 aan het verspillen. Dat is dus ook een factor waarmee we rekening moeten houden: dat de CO2 effectief wordt opgelost en opgenomen. Daar speelt o.a. het reactordesign een belangrijke rol in.

Nauwkeurigheid speelt dus een belangrijke rol in dit proces. De massflowregelaar zorgt ervoor dat we rond een bepaald pH-punt stabiel kunnen blijven werken en we weten exact hoeveel CO2 is toegevoegd.

… en de toekomst?

Als dit proces wordt opgeschaald naar daadwerkelijke productieschaal, dan bepaalt de logistiek voor een groot deel waar de CO2 vandaan gehaald wordt. In principe is het mogelijk om rechtstreeks rookgassen van fabrieken te gebruiken, maar dan moet je iets doen aan stoffen als zwaveloxide en stikstofoxide die in deze rookgassen aanwezig zijn, en die in bepaalde hoeveelheden de algengroei remmen. Maar daar zijn technische oplossingen voor. Rest er de vraag: hoe ver kan de algenfabriek van de CO2-bron verwijderd zijn? Als deze afstand te groot is, moet de CO2 in een andere of een gecontroleerde vorm getransporteerd worden, bijvoorbeeld als bicarbonaat. Ook kunnen er air-capture CO2-units ontwikkeld worden waarbij er lokaal extra CO2 uit de lucht gevangen wordt. De universiteit van Twente werkt daar bijvoorbeeld aan in een ander Interreg project over algengroei in Noordwest Europa waar Radius Thomas More ook bij betrokken is, project IDEA. Technologisch kan dit, maar het komt altijd neer op hoe duur de technologie zal zijn.

Lees meer over deze toepassing en meld u aan om op de hoogte te worden gehouden van de ontwikkelingen.