DE102008032097A1 - Test stand for parallel testing of catalysts under different flow conditions, has restrictors exhibit same flow resistance in one of reaction vessel subgroups and different flow resistance between reaction vessel subgroups - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung beziehungsweise Regelung von Fluidströmen in Testständen, welche eine Vielzahl von parallel angeordneten Reaktionsgefäßen umfassen, welche mit einer allen Reaktionsgefäßen gemeinsamen Fluidzufuhr verbunden sind. Die erfindungsgemäßen Teststände werden bevorzugt auf dem Gebiet der Hochdurchsatzuntersuchung von Katalysatoren eingesetzt.The The present invention relates to the control of fluid streams in test stands, which are a plurality comprise reaction vessels arranged in parallel, which with a common all reaction vessels Fluid supply are connected. The invention Test stands are preferred in the field of high-throughput testing used by catalysts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Teststand zumindest zwei Untergruppen von parallel angeordneten Reaktionsgefäßen, wobei jede Untergruppe jeweils zumindest zwei, weiter vorzugsweise zumindest drei, weiter vorzugsweise zumindest vier parallel angeordnete Reaktionsgefäße umfasst. Dabei umfasst jedes Reaktionsgefäß der zumindest zwei Untergruppen zumindest eine Zuleitung sowie zumindest eine Ableitung. Dabei sind alle Reaktionsgefäße der zumindest zwei Untergruppen mit zumindest einer allen Reaktionsgefäßen gemeinsamen Fluidzufuhr verbunden. Die Zuleitungen zu jedem Reaktionsgefäß umfassen jeweils zumindest einen Restriktor, der innerhalb jeder Untergruppe vorzugsweise den gleichen Strömungswiderstand hat, wobei es bevorzugt ist, dass der Strömungswiderstand zwischen den Restriktoren der Untergruppen unterschiedlich ist.According to one Embodiment of the present invention comprises Test stand at least two subgroups arranged in parallel Reaction vessels, each subgroup in each case at least two, more preferably at least three, more preferably at least four parallel arranged reaction vessels includes. In this case, each reaction vessel comprises the at least two subgroups at least one supply line and at least a derivative. Here are all the reaction vessels the at least two subgroups with at least one all reaction vessels common fluid supply connected. Include the leads to each reaction tube each at least one restrictor within each subgroup preferably has the same flow resistance, wherein it is preferred that the flow resistance between different from the restrictors of the subgroups.
Bevorzugt steht in zumindest einer Untergruppe zumindest ein Restriktor, vorzugsweise stehen alle Restriktoren in dieser Untergruppe, in thermischem und/oder physischem Kontakt mit zumindest einem Mittel zum Heizen und/oder Kühlen, welches den Restriktor jeweils auf eine andere Temperatur heizen (kühlen) kann, als die Temperatur der Umgebung und als die Temperatur des jeweiligen Reaktionsgefäßes. Vorzugsweise handelt es sich bei den Restriktoren um Kapillarrestriktoren.Prefers is in at least one subgroup at least one restrictor, preferably all restrictors in this subgroup, in thermal and / or physical contact with at least one means of heating and / or Cool, which sets the restrictor to each other Temperature heating (cooling) can, as the temperature of the Environment and as the temperature of the respective reaction vessel. Preferably, the restrictors are capillary restrictors.
Die Verwendung von Restriktoren, also von Strömungswiderständen oder Strömungsdrosseleinrichtungen zum Regulieren bzw. Begrenzen von Fluidströmen ist prinzipiell bekannt. Dieses Prinzip der Fluidsteuerung bzw. -regelung beruht darauf, dass ein Differenzdruck (oft auch als „Druckdifferenz” bzw. „Druckabfall” bezeichnet) über eine Restriktion, also einen Strömungswiderstand, vorgegeben wird und damit der Durchfluss von Fluid durch den Restriktor bestimmt bzw. begrenzt wird. Eine solche Fluid-Restriktion kann mit einer Vielzahl von verschiedenen Arten von Restriktoren erreicht werden, beispielsweise mit Nadelventilen (Strömungsdrosseleinrichtungen), Massenflussreglern (steuer- und/oder regelbaren Strömungswiderständen), Lochblenden oder Kapillarrestriktoren, also engen Rohren.The Use of restrictors, so of flow resistance or flow restrictors for regulating or Limiting fluid flows is known in principle. This Principle of fluid control or regulation based on the fact that a Differential pressure (often referred to as "pressure difference" or "pressure drop") over a restriction, so a flow resistance, given is determined and thus the flow of fluid through the restrictor or limited. Such a fluid restriction can with a Variety of different types of restrictors can be achieved for example, with needle valves (flow restrictors), mass flow controllers (controllable and / or controllable flow resistances), Aperture or capillary restrictors, so narrow tubes.
Soll
ein einziger Fluidstrom auf eine Vielzahl von getrennten Einzelströmen
aufgeteilt werden, so werden hierzu bevorzugt parallel angeordnete
Restriktoren eingesetzt. Dieses grundlegende Prinzip der Verwendung
von Restriktoren zur Aufteilung von Fluidströmen ist beispielsweise
in der
Eine ähnliche
Vorrichtung zum Aufteilen von Fluidströmen ist in der
Aufgrund der Tatsache, dass durch fest in eine Anlage eingebaute Kapillarrestriktoren der Strömungswiderstand (im Wesentlichen bestimmt durch den Durchmesser und die Länge der Kapillarrestriktoren) vorgegeben und fest ist, kann allerdings außer durch Auswechseln der Kapillarrestriktoren der Eduktfluss durch die einzelnen Kapillarrestriktoren (und damit auch der Zufluss an Fluid zu gegebenenfalls nachgeschalteten Reaktoren) nicht separat gesteuert oder geregelt werden.by virtue of the fact that by permanently installed in a plant capillary restrictors the flow resistance (essentially determined by the Diameter and the length of the capillary restrictors) and is fixed, but except by replacing the Capillary restrictors the educt flow through the individual capillary restrictors (and so that the inflow of fluid to possibly downstream Reactors) can not be separately controlled or regulated.
Eine
Weiterentwicklung dieses grundlegenden Prinzip der Verwendung von
Restriktoren zur Aufteilung von Fluidströmen (insbesondere
zur Gleichverteilung) speziell für Teststände
mit parallelen Reaktoren ist beispielsweise in
Passive
(d. h. nicht steuer-/regelbare) Restriktoren in Form von Kapillarrestriktoren,
Lochblenden oder Mikrokanälen zum Einsatz in parallelen Testständen
sind in der
Im Lichte dieses Standes der Technik besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, Teststände für die Hochdurchsatzforschung von Katalysatoren bereitzustellen, die möglichst variabel hinsichtlich der Einstellung von experimentellen Parametern sind, insbesondere auch bezüglich des Eduktgasflusses durch die Reaktoren, während gleichzeitig die Dimensionierung und die Kosten des Teststandes verbessert werden sollen.in the Light of this prior art is one of the tasks of present invention in it, test stands for the To provide high-throughput research of catalysts as possible variable with regard to the setting of experimental parameters are, in particular also with respect to the educt gas flow through the reactors while at the same time sizing and the cost of the test stand should be improved.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die oben aufgeführte Aufgabe löst, ist ein Teststand, der zumindest zwei Untergruppen von parallel angeordneten Reaktionsgefäßen umfasst, wobei jede Untergruppe jeweils zumindest zwei, weiter vorzugsweise zumindest drei, weiter vorzugsweise zumindest vier parallel angeordnete Reaktionsgefäße umfasst. Dabei umfasst jedes Reaktionsgefäß der zumindest zwei Untergruppen zumindest eine Zuleitung sowie zumindest eine Ableitung. Dabei sind alle Reaktionsgefäße der zumindest zwei Untergruppen mit zumindest einer allen Reaktionsgefäßen gemeinsamen Fluidzufuhr verbunden. Die Zuleitungen zu jedem Reaktionsgefäß umfassen jeweils zumindest einen Restriktor, der innerhalb jeder Untergruppe vorzugsweise den gleichen Strömungswiderstand hat, wobei es bevorzugt ist, dass der Strömungswiderstand zwischen den Restriktoren der Untergruppen unterschiedlich ist (und zwar bei ansonsten gleichen Bedingungen, d. h. gleichem Druck und gleicher Temperatur). Vorzugsweise handelt es sich bei den Restriktoren um Kapillarrestriktoren.A Embodiment of the present invention, which the solves the above task is a test stand, the at least two subgroups of reaction vessels arranged in parallel each subgroup being at least two, more preferably at least three, more preferably at least four arranged in parallel Includes reaction vessels. In this case, each reaction vessel comprises the at least two subgroups at least one supply line and at least a derivative. Here are all the reaction vessels the at least two subgroups with at least one all reaction vessels common fluid supply connected. Include the leads to each reaction tube each at least one restrictor within each subgroup preferably has the same flow resistance, wherein it is preferred that the flow resistance between different from the subgroups' restrictors (namely under otherwise identical conditions, d. H. same pressure and same Temperature). Preferably, the restrictors are to Kapillarrestriktoren.
Gemäß einer hierzu bevorzugten Ausführungsform liegt für zumindest eine Untergruppe, vorzugsweise pro Untergruppe (jeweils) zumindest ein Mittel zum Heizen vor, welches zumindest einem oder vorzugsweise allen Restrikor(en) der jeweiligen Untergruppe(n) gemeinsam ist. Vorzugsweise ist zumindest ein Mittel zum Heizen und/oder Kühlen der einen Untergruppe unabhängig von zumindest einem anderen Mittel zum Heizen und/oder Kühlen der zumindest einen anderen Untergruppe auf eine andere Temperatur regelbar.According to one this preferred embodiment is for at least a subgroup, preferably per subgroup (in each case) at least a means for heating, which at least one or preferably common to all the restricor (s) of the respective subgroup (s). Preferably, at least one means for heating and / or cooling one subgroup independent of at least one other Means for heating and / or cooling the at least one other Subgroup adjustable to another temperature.
Die Verwendung von Restriktoren, mit unterschiedlichen Strömungswiderständen in zumindest zwei Untergruppen bietet den Vorteil, dass in Bezug auf den Teststand ein größeres Regime an unterschiedlichen Flussraten beziehungsweise GHSV-Bedingungen (nämlich mindestens zwei) eingestellt werden kann, wobei trotz dieser Variabilität im Fluss durch die Reaktionsgefäße ein und dieselbe Fluidzufuhr verwendet werden kann.The Use of restrictors, with different flow resistances in at least two subgroups offers the advantage that in terms of the test stand a larger regime at different Flow rates or GHSV conditions (namely at least two) can be adjusted, although despite this variability in the flow through the reaction vessels one and the same Fluid supply can be used.
Dies lässt sich besonders anschaulich für eine durchströmte Kapillare als Restriktor (Kapillarrestriktor) darstellen. Der Strömungswiderstand, welchen ein solcher Restriktor einem Fluid entgegensetzt, hängt gemäß des Hagen-Poisenille-Gesetzes für laminare Rohrströmung von der Viskosität des durchfließenden Fluids ab, nämlich im Sinne von ”Strömungswiderstand = Viskosität × Rohrlänge × 1/Rohrdurchmesser zur vierten Potenz”. Somit kann also durch unterschiedliche Länge und/oder Rohrdurchmesser in einfacher Weise der Strömungswiderstand zwischen den Restriktoren zweier Untergruppen unterschiedlich eingestellt werden.This is particularly vivid for a flowed through Represent capillary as a restrictor (capillary restrictor). The flow resistance, which such a restrictor opposes a fluid depends according to the Hagen-Poisenille-Law for laminar pipe flow on the viscosity of the flowing through From fluid, namely in the sense of "flow resistance = Viscosity × tube length × 1 / tube diameter to the fourth power ". Thus, therefore, by different Length and / or pipe diameter in a simple way the flow resistance set differently between the restrictors of two subgroups become.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt für eine Untergruppe an Restriktoren zumindest ein Mittel zum Heizen (und/oder Kühlen) vor, welches mit zumindest einem Restriktor in thermischem und/oder physischem Kontakt steht. Vorzugsweise liegt jeweils pro Untergruppe jeweils zumindest ein Mittel zum Heizen/Kühlen vor, wobei zumindest ein Mittel zum Heizen unabhängig von zumindest dem einen anderen Mittel zum Heizen ist, d. h. insbesondere auf eine andere Temperatur regelbar. In dieser Ausführungsform ist es möglich, Restriktoren durch unterschiedliche Temperatur auf unterschiedliche Strömungswiderstände und damit Flüsse einzuregeln.According to one preferred embodiment is for a subgroup restrictors at least one means of heating (and / or cooling) before, which with at least one restrictor in thermal and / or physical contact. Preferably, in each case per subgroup in each case at least one means for heating / cooling, wherein at least one means of heating regardless of at least which is another means of heating, d. H. in particular another temperature adjustable. In this embodiment It is possible to restrict by different temperature to different flow resistance and to regulate rivers.
Gemäß einer hierzu bevorzugten Ausführungsform umfassen alle Restriktoren jeweils ein Mittel zum Heizen, welche jeweils unabhängig voneinander ansteuer- und/oder regelbar sind. Diese Ausführungsform erlaubt es, jeden der Restriktoren auf einen anderen Strömungswiderstand einzustellen und somit die Flüsse durch die Restriktoren individuell zu regeln.According to one For this preferred embodiment, all restrictors include each a means of heating, each independently can be controlled and / or regulated by one another. This embodiment allows each of the restrictors to a different flow resistance adjust and thus the rivers through the restrictors to regulate individually.
Der besondere Vorteil der Möglichkeit, einen Restriktor kontrolliert und getrennt von den anderen Komponenten des Teststandes zu heizen und/oder zu kühlen, insbesondere Restriktoren einer Untergruppe, besteht darin, dass hierdurch der Fluss durch die Restriktoren ohne bewegliche mechanische Bauteile, wie diese beispielsweise in Ventilen oder Flussreglern vorliegen, einfach geregelt werden kann, nämlich dadurch, dass die Temperaturabhängigkeit der Viskosität von Fluiden ausgenutzt wird.Of the particular advantage of being able to control a restrictor and to heat separately from the other components of the test stand and / or to cool, in particular restrictors of a subgroup, is that thereby the flow through the restrictors without movable mechanical components, such as those in valves or flow regulators, can be easily controlled, namely in that the temperature dependence of the viscosity exploited by fluids.
Wie bereits erwähnt wurde, hängt der Strömungswiderstand durch einen Restriktor von der Viskosität des durchfließenden Mediums ab. So nimmt beispielsweise bei Gasen die Viskosität mit steigender Temperatur zu (Viskosität hängt gemäß kinetischer Gastheorie mit der Potenz 1/2 von der Temperatur T ab), d. h. der Strömungswiderstand steigt mit steigender Temperatur. Umgekehrt sinkt die Viskosität von Flüssigkeiten bei steigender Temperatur (die Viskosität von Flüssigkeiten ist gemäß Transporttheorie proportional zu einem Aktivierungsfaktor sowie exponentiell abhängig vom Quotienten aus Aktivierungsenergie und Temperatur). Somit sinkt bei Flüssigkeiten der Strömungswiderstand bei steigender Temperatur. Insgesamt kann also für alle Fluide der Strömungswiderstand von Restriktoren über einen signifikanten Bereich durch Temperaturänderung eingestellt werden. Diese Möglichkeit des Einregelns und Steuerns von Strömungswiderständen und damit von Flüssen durch einen Restriktor ist besonders für passive Restriktoren (also solche Restriktoren, deren Strömungswiderstand im geometrischen Sinne fest ist) von Vorteil.As already mentioned, the flow resistance depends by a restrictor of the viscosity of the flowing through Medium off. For example, the viscosity of gases increases with increasing temperature too (viscosity depends according to kinetic gas theory with the power 1/2 from the temperature T), d. H. the flow resistance increases with increasing temperature. Conversely, the viscosity decreases of liquids with increasing temperature (the viscosity of liquids is according to transport theory proportional to an activation factor and exponentially dependent from the quotient of activation energy and temperature). Thus sinks For liquids, the flow resistance at rising temperature. Overall, so for all fluids the flow resistance of restrictors over set a significant range by temperature change become. This possibility of adjusting and controlling Flow resistance and thus of rivers by a restrictor is especially for passive restrictors (ie such restrictors whose flow resistance in geometric sense is fixed) of advantage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Restriktoren der einen Untergruppe in thermischem und/oder physischem Kontakt mit einem allen diesen Restriktoren gemeinsamem ersten Mittel zum Heizen und/oder Kühlen, wohingegen sämtliche Restriktoren der zumindest einen anderen Untergruppe mit einem vom ersten Mittel zum Heizen und/oder Kühlen verschiedenen zweiten Mittel zum Heizen und/oder Kühlen in thermischem und/oder physischem Kontakt stehen, welches vorzugsweise unabhängig vom ersten Mittel zum Heizen und/oder Kühlen geregelt und/oder gesteuert werden kann.According to one preferred embodiment are all restrictors one subgroup in thermal and / or physical contact with a common first to all of these restrictors for Heating and / or cooling, whereas all restrictors the at least one other subgroup with one from the first agent for heating and / or cooling various second means for heating and / or cooling in thermal and / or physical Contact, which is preferably independent of the first Controlled and / or controlled means for heating and / or cooling can be.
Diese Ausführungsform benötigt prinzipiell nur ein Mittel zum Heizen und/oder Kühlen pro Untergruppe an Restriktoren (und entsprechend auch nur jeweils einen Regel/Steuerkreis), ist also besonders einfach aufzubauen und zu handhaben. Trotz dieses vergleichsweise einfachen Aufbaus können in den zwei Untergruppen durch Heizen bzw. Kühlen der Restriktoren in der einen (und ”Nicht-Heizen” bzw. ”Nicht-Kühlen” oder ”Anders-Heizen” bzw. ”Anders-Kühlen” in der anderen Untergruppe) zumindest zwei verschiedene Fluid-Flüsse durch die Reaktionsgefäße eingestellt werden, und zwar bei jeweils gleichem Eduktfluss (da ja alle Zuleitungen mit einer gemeinsamen Fluidzufuhr in Verbindung stehen).These Embodiment basically requires only one means for heating and / or cooling per subgroup of restrictors (and accordingly only one rule / control circuit), is So very easy to set up and handle. Despite this comparatively simple construction can be done in the two subgroups Heating or cooling of the restrictors in one (and "non-heating" or "non-cooling" or "different-heating" or "different-cooling" in the other subgroup) at least two different fluid flows be adjusted through the reaction vessels, and in each case at the same educt flow (since all supply lines communicating with a common fluid supply).
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform sind sämtliche Restriktoren von zumindest einer der zumindest zwei Untergruppen nicht in thermischem und/oder physischem Kontakt mit einem Mittel zum Heizen und/oder Kühlen, welches die Restriktoren jeweils auf eine andere Temperatur heizen (kühlen) könnte, als die Temperatur der Umgebung und als die Temperatur des jeweiligen Reaktionsgefäße, wohingegen sämtliche Restriktoren der zumindest einen anderen Untergruppe mit einem diesen Restriktoren gemeinsamen Mittel zum Heizen und/oder Kühlen in thermischem und/oder physischem Kontakt stehen.According to one further alternative embodiment are all Restrictors of at least one of the at least two subgroups not in thermal and / or physical contact with an agent for heating and / or cooling, which the restrictors respectively could heat (cool) to another temperature, as the temperature of the environment and as the temperature of each Reaction vessels, whereas all Restrictors of at least one other subgroup with one of these restrictors common means of heating and / or cooling in thermal and / or physical contact.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Restriktoren innerhalb jeder der zumindest zwei Untergruppen bei gleichen sonstigen Bedingungen (also insbesondere gleiche Temperatur, Druck, etc.) jeweils den gleichen Strömungswiderstand, wohingegen der Strömungswiderstand der Restriktoren der zumindest einen Untergruppe vom Strömungswiderstand der zumindest einen anderen Untergruppe um zumindest 10% verschieden ist, vorzugsweise um zumindest 20%, weiter vorzugsweise um zumindest 50%.In In a preferred embodiment, the restrictors have within each of the at least two subgroups with the same other Conditions (ie in particular the same temperature, pressure, etc.) each have the same flow resistance, whereas the Flow resistance of the restrictors of at least one Subgroup of the flow resistance of at least one other subgroup is at least 10% different, preferably around at least 20%, more preferably at least 50%.
Kurze Beschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Restriktoren, welche sich in den Zuleitungen zu den Reaktionsgefäßen befinden, Kapillarrestriktoren. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Kapillarrestriktoren Strömungswiderstände, welche geometrisch dadurch gekennzeichnet sind, dass diese im Inneren im Wesentlichen als „rohrförmig” beschrieben werden können (also einen charakteristischen mittleren inneren Durchmesser aufweisen), und dass diese eine charakteristische Länge aufweisen welche zumindest hundertmal, bevorzugt tausendmal, bevorzugt zweitausendmal größer beziehungsweise auch zehntausendmal größer ist als der charakteristische mittlere Durchmesser.In In a preferred embodiment, the restrictors are which are in the supply lines to the reaction vessels located, capillary restrictors. For the purposes of the present invention are capillary restrictors flow resistances, which are geometrically characterized in that they are inside essentially described as "tubular" can (ie a characteristic middle inner Diameter), and that this has a characteristic length which are at least a hundred times, preferably a thousand times, preferably two thousand times larger or ten thousand times is greater than the characteristic mean Diameter.
In Kapillarrestriktoren wird der Druckabfall eines durchfließenden Fluids (also die Verringerung im Volumenstrom) im Wesentlichen durch das sogenannte „Hagen-Poiseuille”-Gesetz bestimmt, d. h. der Druckabfall steigt im Wesentlichen linear mit der Länge der Kapillarrestriktoren an und steigt im Wesentlichen in der vierten Potenz mit fallendem Durchmesser der Kapillarrestriktoren. Je länger und/oder je enger die Kapillarrestriktoren, desto größer ist also der Druckabfall bzw. der Strömungswiderstand.In Capillary restrictors is the pressure drop of a flowing through Fluid (ie the reduction in the volume flow) substantially by determines the so-called "Hagen-Poiseuille" law, d. H. the pressure drop increases substantially linearly with the length the capillary restrictors, rising substantially in the fourth Power with decreasing diameter of the capillary restrictors. The longer and / or the closer the capillary restrictors, the larger So is the pressure drop or the flow resistance.
Der charakteristische mittlere innere Durchmesser von Kapillarrestriktoren ist vorzugsweise zumindest um den Faktor zwei oder drei, vorzugsweise um den Faktor fünf beziehungsweise auch um den Faktor zehn geringer als der Innendurchmesser derjenigen Rohrleitungen, die zu diesen Kapillarrestriktoren hinführen oder auch von den Kapillarrestriktoren wegführen, also der Zu- und Ableitungen. Der Innnendurchmesser bevorzugter Kapillarrestriktoren im Sinne der vorliegenden Erfindung ist kleiner als 250 μm, bevorzugt ist der Innendurchmesser kleiner oder gleich 150 μm und weiter bevorzugt kleiner oder gleich 100 μm.Of the characteristic mean inner diameter of capillary restrictors is preferably at least a factor of two or three, preferably around the factor five or by a factor of ten less than the inner diameter of those pipelines that lead to these capillary restrictors or even from lead away the capillary restrictors, so the supply and discharge lines. The inner diameter of preferred capillary restrictors in the sense of the present invention is less than 250 microns, preferably the inner diameter is less than or equal to 150 μm and more preferably less than or equal to 100 microns.
Die Länge der Kapillarrestriktoren liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 30 m, wobei eine Länge von 0,1 m bis 15 m bevorzugt ist; insbesondere bevorzugt ist eine Länge von 0,2 m bis 6 m.The Length of the capillary restrictors is preferably in one Range from 0.05 to 30 m, with a length of 0.1 m to 15 m is preferred; particularly preferred is a length from 0.2 m to 6 m.
Kapillarrestriktoren mit einem Durchmesser im Mikrometer-Bereich und einer Länge im Meter-Bereich lassen sich im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders gut bezüglich des Druckabfalles, d. h. des erzeugten Strömungswiderstandes, einregeln bzw. steuern, da das Fluid über eine große Länge geheizt bzw. gekühlt werden kann, und somit eine größere Fluidmenge geheizt bzw. gekühlt werden kann, also eine größere Änderung im Volumenstrom erzielt werden kann (der Strömungswiderstand selber ist unabhängig vom Volumen und hängt nur von der Viskosität des Mediums und der Länge und dem Durchmesser der Kapillarrestriktoren ab). Insoweit ist es bevorzugt, dass zum Erhöhen des Strömungswiderstandes nicht primär der Durchmesser des Kapillarrestriktors verringert, sondern primär dessen Länge vergrößert wird.Kapillarrestriktoren with a diameter in the micrometer range and a length in the meter range can be within the meaning of the present invention particularly good in terms of pressure drop, d. H. of the generated Flow resistance, regulate or control, as the fluid over a large length heated or cooled can be, and thus a larger amount of fluid can be heated or cooled, so a major change can be achieved in the flow (the flow resistance itself is independent of volume and only hangs from the viscosity of the medium and the length and the diameter of the capillary restrictors). In that regard, it is preferable not to increase the flow resistance primarily reduces the diameter of the capillary restrictor, but primarily its length is increased becomes.
Der
Strömungswiderstand eines Restriktors, insbesondere eines
Kapillarrestriktors, kann unter der Annahme von laminarer Rohrströmung
insbesondere gemäß folgender Beziehung berechnet
werden: Der Strömungswiderstand ist der Quotient aus [Viskosität
des durchströmenden Mediums × Länge der Kapillare]
und [Radius der Kapillare zur vierten Potenz] (siehe beispielsweise
Wird im Sinne der vorliegenden Erfindung von einem ”gleichen” Strömungswiderstand gesprochen, so ist damit gemeint, dass die verglichenen Strömungswiderstände sich bei ansonsten gleichen Bedingungen (insbesondere bei gleicher Temperatur und bei gleichem Druck) bezüglich ein und desselben sie durchfließenden Mediums bei einer Fehlertoleranz von ±10% gleich sind.Becomes in the sense of the present invention of a "same" flow resistance spoken, it is meant that the flow resistances compared in otherwise identical conditions (especially at the same Temperature and at the same pressure) with respect to one and the same flowing medium with a fault tolerance of ± 10% are the same.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden zwei Strömungswiderstände als ”unterschiedlich” angesehen, wenn diese sich unter den vorstehend angegebenen Bedingungen, also insbesondere bei Durchströmen mit dem gleichen Fluid und bei gleichem Druck sowie gleicher Temperatur im Strömungswiderstand um zumindest 10%, vorzugsweise um zumindest 20%, weiter vorzugsweise um zumindest 50%, und insbesondere bevorzugt um zumindest 100% unterscheiden.in the According to the present invention, two flow resistances regarded as "different" when these are themselves under the conditions given above, ie in particular when flowing through the same fluid and the same Pressure and same temperature in the flow resistance by at least 10%, preferably by at least 20%, more preferably differ by at least 50%, and more preferably by at least 100%.
Ähnliche Eigenschaften wie mit Kapillarrestriktoren lassen sich auch mittels mit mikrotechnischen Verfahren gefertigten Kanälen erzielen, die in metallische, keramische oder polymere Formteile eingearbeitet wurden. Derartige Herstellverfahren sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise Laserablation oder Mikroätzverfahren umfassen. Da solche Mikrokanäle bezüglich Geometrie und Wirkung als Restriktor den auf Rohrleitungen basierenden Kapillarrestriktoren entsprechen, werden solche Mikrokanäle im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als „Kapillarrestriktoren” angesehen.Similar Properties as with capillary restrictors can also be achieved by means of to achieve microfabricated channels, incorporated into metallic, ceramic or polymeric moldings were. Such production methods are known to the person skilled in the art and For example, laser ablation or microetching include. Because such microchannels in terms of geometry and Acts as a restrictor to the pipelined capillary restrictors correspond, such micro-channels are within the meaning of the present Also considered as "capillary restrictors".
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Kapillarrestriktoren Glaskapillarrestriktoren, keramische Kapillarrestriktoren oder Edelstahlkapillarrestriktoren eingesetzt, wobei die Verwendung von Glaskapillarrestriktoren bzw. keramischen Kapillarrestriktoren bevorzugt ist.In a preferred embodiment, capillary restrictors used are glass capillary restrictors, ceramic capillary restrictors or stainless steel capillaries larrestriktoren used, wherein the use of glass capillary or ceramic Kapillarrestriktoren is preferred.
Insbesondere bevorzugt sind Kapillarrestriktoren, die aus einem ”elastischen” keramischen Material, also einem keramischen Material mit einem Elastizitätsmodul (”Young's Modulus”) kleiner als 90 GPa, vorzugsweise kleiner als 70 GPa, bestehen. Diese Kapillarrestriktoren bestehen dabei vorzugsweise aus ”gezogenem” Glas und dabei insbesondere vorzugsweise aus ”Fused Silica” bzw. ”Fused Quartz” bzw. Mischungen dieser und anderer keramischer Materialien. Derartige keramische Kapillarrestriktoren sind eigentlich auf einem anderen technischen Gebiet, nämlich dem Gebiet der Chromatographie als Trägermaterialien für gaschromatographische Trennsäulen, bekannt. Aufgrund der hohen kommerziellen Relevanz von Chromatographie-Verfahren sind diese Kapillarrestriktoren gut entwickelt und kostengünstig am Markt erhältlich. Es hat sich nun gezeigt, dass diese eigentlich aus einer anderen Anwendung entstammenden keramischen Kapillarrestriktoren gerade auch für die Anwendung in Testständen zur Hochdurchsatz-Testung von Katalysatoren geeignet sind.Especially preferred are capillary restrictors made of an "elastic" ceramic Material, ie a ceramic material with a modulus of elasticity ("Young's Modulus") less than 90 GPa, preferably less than 70 GPa, exist. These capillary restrictors exist preferably from "pulled" glass and thereby in particular preferably made of "fused silica" or "fused quartz" or Mixtures of these and other ceramic materials. such ceramic capillary restrictors are actually on another technical field, namely the field of chromatography as support materials for gas chromatographic Separation columns, known. Due to the high commercial Relevance of chromatography procedures are these capillary restrictors Well developed and cost-effective available on the market. It has now been shown that this is actually from another application also derived from ceramic capillary restrictors the application in test rigs for high-throughput testing of catalysts are suitable.
Derartige Restriktoren, insbesondere auch Fused-Silica-Kapillarrestriktoren lassen sich auch gut auf Rollen aufwickeln beziehungsweise zu Spiralen drehen (”gewickelte Säulen”). Gewickelte Kapillaren werden durch die Säulenlänge, die Zahl der Windungen pro Längeneinheit und den mittleren Durchmesser einer Windung beschrieben. Bevorzugt weisen die Windungen einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5 cm bis 30 cm auf. Gewickelte oder gedrehte Kapillarrestriktoren lassen sich durch den Heizeffekt benachbarter Wicklungen besonders effektiv und platzsparend heizen.such Restrictors, in particular fused silica capillary restrictors can also be well wound on rolls or turn into spirals ("Wound pillars"). Wound capillaries will be through the column length, the number of turns per unit length and the mean diameter of a turn described. Preferably, the windings have a mean diameter ranging from 5 cm to 30 cm. Wound or twisted capillary restrictors can be particularly by the heating effect of adjacent windings heat effectively and save space.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst zumindest ein Mittel zum Heizen und/oder Kühlen (auch: „Heizelement”) zumindest einen Temperatursensor („Thermofühler”) und/oder umfasst zumindest ein Restriktor, vorzugsweise Kapillarrestriktor, zumindest einen Temperatursensor.In a preferred embodiment comprises at least one Means for heating and / or cooling (also: "heating element") at least one temperature sensor ("temperature sensor") and / or comprises at least one restrictor, preferably capillary restrictor, at least a temperature sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Heizen und/oder Kühlen und die Temperatursensoren von mindestens zwei oder mehr Kapillarrestriktoren und/oder zumindest einer Untergruppe von Kapillarrestriktoren jeweils mit der gleichen Regelungsbeziehungsweise Steuervorrichtung verbunden, wobei es bevorzugt ist, dass die Mittel zum Heizen und/oder Kühlen und Temperatursensoren für jeweils mindestens vier Kapillarrestriktoren mit jeweils der gleichen Temperaturregelungs-beziehungsweise Steuervorrichtung verbunden sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Mittel zum Heizen und/oder Kühlen und Temperatursensoren von mindestens acht Kapillarrestriktoren mit jeweils der gleichen Temperaturregelungs-beziehungsweise Steuervorrichtung verbunden sind.In In a preferred embodiment, the means are for heating and / or cooling and the temperature sensors of at least two or more capillary restrictors and / or at least one subgroup of capillary restrictors each with the same regulatory relationship Control device, it being preferred that the means for Heating and / or cooling and temperature sensors for in each case at least four capillary restrictors, each with the same Temperature control or control device connected are. In particular, it is preferred that the means for heating and / or cooling and temperature sensors of at least eight Capillary restrictors, each with the same temperature control or control device are connected.
Zum Heizen und/oder Kühlen der Kapillarrestriktoren werden im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt Mittel zum Heizen und oder Kühlen eingesetzt, wobei die Mittel zum Heizen bevorzugt Heizfolien, Heizkerzen, Heizschnüre, Heizbänder oder Heizgehäuse umfassen. Heizbänder oder Heizschnüre können Kapillarrestriktoren beispielsweise umschließen oder gemeinsam mit den Kapillarrestriktoren zu einer Spule gedreht werden. Es ist auch bevorzugt, dass ein Kapillarrestriktor zunächst unabhängig von den Mitteln zum Heizen zu einer Spule gedreht und im Anschluss daran durch das Heizelement ummantelt wird.To the Heating and / or cooling of the capillary restrictors in the context of the present invention preferably means for heating and or cooling used, the means for heating preferably heating foils, heating plugs, heating cords, heating tapes or Include heater housing. Heating tapes or heating cords For example, they can encapsulate capillary restrictors or rotated together with the capillary restrictors to a coil become. It is also preferred that a capillary restrictor first regardless of the means of heating turned into a coil and subsequently encased by the heating element.
Mittel zum Kühlen werden bevorzugt über einen Wärmetauscher, beispielsweise Fluidkühlung, realisiert.medium for cooling are preferably via a heat exchanger, For example, fluid cooling realized.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zum Heizen als ein ”Mittel zum Ändern der Temperatur” anzusehen, umfasst also auch ein Mittel zum Kühlen bzw. zum Heizen und zum Kühlen.in the In accordance with the present invention, means for heating as a "means for changing the temperature "includes So also a means for cooling or for heating and Cool.
Für den Fall, dass Metallkapillarrestriktoren als Restriktoren verwendet werden, werden diese vorzugsweise direkt von elektrischem Strom durchflossen, so dass die Kapillarrestriktoren selbst als ein Mittel zum Heizen fungieren können. Weiterhin ist es bevorzugt, die Kapillarrestriktoren in einem metallenen Mantelrohr zu positionieren und dieses Mantelrohr – analog zu den zuvor erwähnten Metallkapillarrestriktoren – direkt an eine Stromquelle anzuschließen und als Mittel zum Heizen zu verwenden. Innerhalb des heizenden Mantelrohrs sollten sich vorzugsweise Kapillarrestriktoren aus elektrisch isolierenden Materialien befinden.For the case of using metal capillary restrictors as restrictors These are preferably directly from electrical power flowed through, so the capillary restrictors themselves as a means can act for heating. Furthermore, it is preferred position the capillary restrictors in a metal jacket tube and this jacket tube - analogous to the aforementioned Metal capillary restrictors - directly to a power source to connect and to use as a means of heating. Within of the heating jacket tube should preferably capillary restrictors made of electrically insulating materials.
Kapillarrestriktoren aus elektrisch isolierenden Materialien, beispielsweise Fused-Silica-Kapillarrestriktoren, werden vorzugsweise mit einer temperaturbeständigen, elektrisch leitenden Schicht versehen, die dann zum Heizen genutzt werden kann.Kapillarrestriktoren of electrically insulating materials, for example fused silica capillary restrictors, are preferably with a temperature resistant, electric provided conductive layer, which can then be used for heating.
Falls die Kapillarrestriktoren, deren Außenfläche vom elektrischen Strom durchflossen wird, zu Wickeln zusammengerollt werden, sind die einzelnen Windungen vorzugsweise sowohl nebeneinander als auch lagenweise elektrisch gegeneinander isoliert, damit sich durch elektrische Überbrückung keine unbeheizten Schlaufen ausbilden können. Vorzugsweise wird zur elektrischen Isolation eine Beschichtung aus einem hitzebeständigen Lack eingesetzt.If the capillary restrictors, their outer surface of electric current is passed through, curled up to wrap are, the individual turns are preferably both side by side as well as layer by layer electrically isolated from each other so that by electrical bridging no unheated Can form loops. Preferably, the electric Isolation a coating of a heat resistant Paint used.
In einer bevorzugten Ausführungsformen wird der Kapillarrestriktor beziehungsweise das den Kapillarrestriktor umhüllende Metallrohr sowohl als Mittel zum Heizen als auch als Temperaturfühler verwendet und zwar unter der Maßgabe, dass das Metall einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist.In a preferred embodiment, the capillary restrictor or the metal tube enclosing the capillary restrictor is used both as Used means for heating and as a temperature sensor, under the proviso that the metal has a temperature-dependent resistance.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es auch bevorzugt, die Kapillarrestriktoren indirekt über Wärmetauscher, beispielsweise Umströmung mit einem Fluid, zu heizen oder zu kühlen. Auch ein Heizen über Wärmestrahlung ist bevorzugt.in the In accordance with the present invention, it is also preferred to use the capillary restrictors indirectly via heat exchangers, for example, flow around with a fluid, to heat or cool. Also a heating over Thermal radiation is preferred.
Die Temperatur der einzelnen Kapillarrestriktoren wird vorzugsweise von Temperatursensoren aufgenommen, die in direktem Kontakt mit zumindest einem Teil des Restriktors, beispielsweise einer Kapillarwandung, stehen. Es ist dabei auch möglich, dass ein einzelner Kapillarrestriktor mit mehreren Temperatursensoren versehen ist, oder das Heizelement selbst der Thermofühler ist.The Temperature of the individual capillary restrictors is preferably recorded by temperature sensors, which are in direct contact with at least part of the restrictor, for example a capillary wall, stand. It is also possible that a single capillary restrictor is provided with a plurality of temperature sensors, or the heating element even the temperature sensor is.
Die Temperatur der einzelnen Kapillarrestriktoren kann vorzugsweise in einem Bereich von Raumtemperatur bis 350°C variiert werden. Sofern der Kapillarrestriktor aus einem hitzebeständigen Material besteht, bspw. aus Edelstahl, so kann der Kapillarrestriktor auch bei Temperaturen oberhalb von 350°C betrieben werden. Kapillarrestriktoren werden vorzugsweise auch gekühlt.The Temperature of the individual capillary restrictors may preferably varies in a range from room temperature to 350 ° C become. If the capillary restrictor made of a heat-resistant material consists of, for example, stainless steel, so the capillary restrictor can also be operated at temperatures above 350 ° C. Become capillary restrictors preferably also cooled.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die aus den Reaktionsgefäßen ausfließenden Reaktionsprodukte und/oder (nicht reagierten) Edukte in zumindest einem Analysator (z. B. einem Heißgasflow-Analysator) analysiert. Dabei ist es bevorzugt, dass die Abflüsse der einzelnen Reaktionsgefäße, auch von einzelnen Reaktionsgefäßen einzelner Untergruppen, jeweils getrennt analysiert werden können, beispielweise durch Einsatz von zumindest einem Auswahlventil (”selection valve”), welches den Abfluss eines jeden Reaktionsgefäßes auf zumindest einen Detektor schalten kann, während der Abfluss der anderen Reaktionsgefäße nicht analysiert oder anders analysiert wird. Der Einsatz von parallel angeordneten Detektoren als Analysator ist dabei bevorzugt. Weitere bevorzugte Detektoren können sein: ND-IR (nicht dispersives IR-Spektrometer), IR (Dispersives IR-Spektrometer), GC (Gaschromatographie), GC-MS (Gaschromatograph mit Massenspektrometer Kopplung), MS (Massenspektrometer), UV (Ultraviolett Spektrometer), FID (Flammen Ionisationsdetektor), WLD (Wärmeleitfähigkeitsdetektor), Wärmekapazitätsdetektor, ECD (Elektroneneinfang-Detektor für Komponenten mit stark elektronegativen Gruppen), PID (Photoionisationsdetektor), PED (Photoemmissionsdetektor).According to one preferred embodiment, the from the reaction vessels effluent reaction products and / or (unreacted) starting materials in at least one analyzer (eg a hot gas flow analyzer) analyzed. It is preferred that the outflows of the individual reaction vessels, also of individual Reaction vessels of individual subgroups, respectively can be analyzed separately, for example by Use of at least one selection valve, which is the outflow of each reaction vessel can turn on at least one detector while the Outflow of the other reaction vessels not analyzed or otherwise analyzed. The use of arranged in parallel Detectors as an analyzer is preferred. Further preferred Detectors may be: ND-IR (non-dispersive IR spectrometer), IR (Dispersive IR Spectrometer), GC (Gas Chromatography), GC-MS (Gas chromatograph with mass spectrometer coupling), MS (mass spectrometer), UV (Ultraviolet Spectrometer), FID (Flame Ionization Detector), WLD (thermal conductivity detector), heat capacity detector, ECD (electron capture detector for components with strong electronegative groups), PID (photoionization detector), PED (photoemission detector).
Der Analysator ist vorzugsweise mit einer Prozesssteuerung verbunden, wobei es in einer bevorzugten Ausführungsform möglich ist, den Strömungswiderstand von einzelnen Kapillarrestriktoren dadurch einzustellen, zu kalibrieren beziehungsweise zu regeln, dass das Signal des Analysators von der Prozesssteuerung zur Regelung beziehungsweise Steuerung zumindest eines Mittels zum Heizen und/oder Kühlen verwendet wird, um durch Einstellungen einer vorbestimmten bzw. berechneten Heiz- bzw. Kühlleistung gewünschte Flussmengen an Fluidstrom, der durch die Kapillarrestriktoren hindurchströmt, zu steuern bzw. zu regeln.Of the Analyzer is preferably connected to a process control, where possible in a preferred embodiment is the flow resistance of individual capillary restrictors by adjust, calibrate or regulate that the Signal of the analyzer from the process control to the regulation respectively Control at least one means for heating and / or cooling is used to by settings of a predetermined or calculated heating or cooling capacity desired Amounts of fluid flow passing through the capillary restrictors to control or regulate.
Die Einstellung der Flussmenge pro Restriktor erfolgt vorzugsweise über eine Rückkopplungsschaltung mit dem Analysator, weiter vorzugsweise bevor die eigentliche katalytische Untersuchung gestartet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform dient eine an der Reaktion unbeteiligte gasförmige Substanz (eine sogenannte „Tracerkomponente”), auf die der Analysator selektiv reagiert, als Referenzfluid für das Einstellen des Strömungswiderstandes durch Temperaturregelung.The Adjustment of the flow rate per restrictor is preferably carried out over a feedback circuit with the analyzer, on preferably before the actual catalytic examination started becomes. In a preferred embodiment, one serves the reaction uninvolved gaseous substance (a so-called "Tracerkomponente"), on which the analyzer reacts selectively as a reference fluid for the adjustment of the flow resistance by temperature control.
Die
vorliegende Erfindung betrifft in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ein Kapillarreaktormodul (
Bei Kapillarrestriktoren handelt es sich häufig um empfindliche Bauelemente, die aufgrund von extremen chemischen und thermischen Bedingungen sowie hohen Drücken einer starken Beanspruchung unterliegen und die daher anfällig für Verschleißerscheinungen und Alterung sein können. Der Begriff „extreme” chemische Bedingungen beinhaltet, dass die Kapillarrestriktoren reaktiven chemischen Substanzen ausgesetzt sein können, die eine Veränderung der Oberflächenstruktur verursachen oder zu einer Blockierung des Restriktors durch Ablagerungen führen können.at Capillary restrictors are often sensitive Components due to extreme chemical and thermal Conditions as well as high pressures of heavy use subject and therefore prone to wear and tear and aging can be. The term "extreme" chemical Conditions implies that the capillary restrictors are reactive may be exposed to a change cause surface structure or blockage of the restrictor can lead by deposits.
Eine möglichst einfache Zugänglichkeit und Austauschbarkeit der Kapillarrestriktoren ist von besonderem Nutzen bei der Wartung von Katalyseapparaturen. Bei der Verwendung von Fused-Silica-Kapillarrestriktoren ist zu berücksichtigen, dass insbesondere die Enden der Fused-Silica-Kapillarrestriktoren (welche vorzugsweise mittels Graphitdichtungen abgedichtet und an Metallverschraubungen von Rohrleitungen oder Ventilen befestigt werden) empfindlich und filigran sind. Insbesondere beim Ein- und Ausbau der Kapillarrestriktoren kann es zu Defekten und/oder Blockierung und dadurch bedingten Störungen oder Undichtigkeiten kommen. Die Defektstellen sind häufig nur schwer auffindbar und eine aufwendige Fehlersuche kann zu Verzögerungen bei der Inbetriebnahme des gesamten Teststandes führen. Solche Defekte können auch, sofern diese unbemerkt bleiben, die Datenqualität der Messungen in Frage stellen.The easiest accessibility and interchangeability of the capillary restrictors is of particular use in the maintenance of catalytic converters. When using fused silica capillary restrictors, it must be taken into account in particular that the ends of the fused silica capillary restrictors (which are preferably sealed by means of graphite seals and fastened to metal fittings of pipes or valves) are delicate and filigree. In particular, when installing and removing the capillary restrictors may cause defects and / or blocking and consequent disturbances or leaks. The defects are often difficult to find and a aufwendi Troubleshooting can lead to delays in the commissioning of the entire test stand. Such defects, if unnoticed, can also jeopardize the data quality of the measurements.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es, wie oben beschrieben, bevorzugt, dass ein Katalyse-Teststand zumindest zwei Untergruppen von zwei, vier, acht oder mehr Reaktionsgefäßen umfasst, also insgesamt mit einer großen Anzahl an Kapillarrestriktoren ausgestattet ist. Dadurch wird auch ersichtlich, dass eine verbesserte und einfache Handhabung der Kapillarrestriktoren von großem wirtschaftlichen Interesse ist. Beispielsweise kann ein Teststand, der über sechzehn parallel angeordnete Reaktoren verfügt, mit 16 bis 64 Kapillarrestriktorelementen ausgerüstet sein (da Kapillarrestriktoren nicht nur, wie vorstehend beschrieben, zur reaktionsraumseingangsseitigen Fluidkontrolle eingesetzt werden, sondern in vielen Anwendungen auch reaktionsausgangsseitig zur Druckminderung oder für die Gleichverteilung eines Haltegases), wobei dieser dann doppelt so viele Kapillarrestriktorendstücke und somit auch doppelt so viele Verbindungsstellen, d. h. 32 bis 128 Verbindungsstellen, zwischen Kapillarleitungen und Anschlussleitungen besitzt.in the According to the present invention, it is preferred, as described above, that a catalysis test stand at least two subgroups of two, comprises four, eight or more reaction vessels, So in total with a large number of capillary restrictors Is provided. This also shows that an improved and easy handling of the capillary restrictors of great economic Interest is. For example, a test bench that over has sixteen parallel reactors, with 16 up to 64 capillary restrictor elements (da Capillary restrictors not only, as described above, to reaction space input side fluid control can be used, but in many applications also reaction output side for pressure reduction or for the uniform distribution of a holding gas), wherein this then twice as many capillary restrictor tails and thus also twice as many connection points, d. H. 32 to 128 joints, between capillary leads and connecting leads has.
Die Kapillarrestriktoren werden daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Kapillarrestriktormodulen bereitgestellt, wobei es sich hierbei um kompakte Rahmen handelt, die zwei oder mehrere Kapillarrestriktorelemente aufweisen und die pro Modul zumindest ein Mittel zum Heizen und/oder Kühlen und zumindest einem Temperaturfühler umfassen. Diese Kapillarrestriktormodule entsprechen vorzugsweise den ”Untergruppen” von Restriktoren wie oben beschrieben. In jedem Kapillarrestriktormodul ist vorzugsweise jedes einzelne Restriktorelement mit einem eigenen Mittel zum Heizen und/oder Kühlen und/oder einem eigenen Temperaturfühler ausgestattet.The Kapillarrestriktoren are therefore according to a preferred embodiment of the present invention provided in capillary restrictor modules, which are hereby is compact frame, the two or more capillary restrictor elements and at least one means for heating and / or per module Cooling and at least include a temperature sensor. These capillary restrictor modules preferably correspond to the "subgroups" of Restrictors as described above. In every capillary restrictor module is preferably each individual restrictor element with its own Means for heating and / or cooling and / or its own Temperature sensor equipped.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfassen pro Kapillarrestriktormodul zwei oder mehr Kapillarrestriktoren jeweils ein Mittel zum Heizen und/oder Kühlen beziehungsweise alle Kapillarrestriktoren ein gemeinsames Mittel zum Heizen und/oder Kühlen.According to one alternative embodiments include per capillary restrictor module two or more capillary restrictors each have a means for heating and / or Cool respectively all capillary restrictors a common Means for heating and / or cooling.
Das Kapillarrestriktormodul bietet den Vorteil, dass es sich hierbei um ein kompaktes und robustes Bauteil handelt, welches einfach zu handhaben ist, da es vorzugsweise mittels Metallverschraubungen oder Schnellkupplungsverbindungen in einer zeitsparenden und störungsfreien Weise in der Katalyseapparatur befestigt werden kann.The Capillary restrictor module has the advantage of being this is a compact and robust component that is easy to use handle, as it is preferably by means of metal fittings or quick release couplings in a time-saving and trouble-free Way in the catalytic converter can be attached.
Die Testung und Prüfung des Kapillarreaktormoduls auf dessen Funktionsfähigkeit sowie die Bestimmung dessen technischen Eigenschaften kann bereits vor dessen Einbau in der Katalyseapparatur unter Zuhilfenahme eines separaten Teststandes erfolgen, so dass die Zeit für den Aufbau oder die Wartung der Katalyseapparatur erheblich verkürzt werden kann. Dieser separate Teststand ist einfacher im Aufbau, so dass die Messzeit an der Katalyseapparatur selber für das Austesten von Kapillarrestriktoren minimiert werden kann.The Testing and testing of the capillary reactor module on its Functioning as well as the determination of its technical Properties can already before its installation in the catalytic converter under With the help of a separate test stand, so that the time for the construction or maintenance of the catalytic converter considerably can be shortened. This separate test stand is easier under construction, so that the measuring time at the catalytic converter itself be minimized for the testing of capillary restrictors can.
In
einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehr
Kapillarrestriktoren zu einem Modul (
Das
Kapillarmodul (
In
den Metallblock sind in der Ebene der größten
Flächen (”Seitenflächen”) vorzugsweise
Nuten (
In
den Ebenen der kleineren Flächen (”obere bzw. ”untere
Fläche”) wird vorzugsweise eine gerade Anzahl
von Gewindebohrungen eingebracht. Die Bohrungen dienen zur Aufnahme
jeweils eines Einschraubers (
Falls in den Nuten Freiräume zwischen zwei benachbarten Kapillarrestriktoren auftreten sollten, ist es bevorzugt, diese mittels einer Verbundmasse (beispielsweise Silikon) zu füllen, damit ein direkter, thermisch leitender Kontakt zu den Kapillarrestriktoren gewährleistet wird.If in the grooves free spaces between two adjacent capillary restrictors should occur, it is preferable to use a composite (for example Silicone) to fill, thus a direct, thermally conductive Contact with the capillary restrictors is ensured.
In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeweils zumindest
ein Einschrauber zwischen den beiden Gewinden regelmäßig
geteilte und zumindest dreieckig angeordnete Flächen, wobei
die Flächen bevorzugt viereckig und weiter bevorzugt sechseckig
sind (siehe
Falls
es aus fertigungstechnischen Gründen erforderlich sein
sollte, die Nut in den Grund der Bohrung zu führen, so
ist es weiterhin bevorzugt, eine Druckverteilungsscheibe (
In Bezug auf die Zuleitungen und Ableitungen, die zum Modul und vom Modul weg führen, werden diese gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Schnellkupplungen versehen.In Regarding the supply lines and discharges leading to the module and from the Module away, they will be in accordance with a preferred embodiment provided with quick couplings.
Katalyseteststände, in denen die erfindungsgemäßen Kapillarrestriktoren und Kapillarrestriktormodule eingesetzt werden, sind bevorzugt Laborteststände, mit denen in der Regel zwischen 0,1 g und 50 g an Katalysator getestet werden. Es ist bevorzugt, die erfindungsgemäßen Kapillarrestriktoren in Verbindung mit Katalysetestständen zu verwerden, in denen 0,2 g bis 2 g an Katalysator getestet werden, vorzugsweise weniger als 2 g Katalysator. Dabei ist es jedoch vorteilhaft, dass sich die erfindungsgemäßen Kapillarrestriktormodule prinzipiell auch für Katalyseteststände eignen, in denen – in Bezug auf den Labormaßstab – relativ große Mengen an Katalysator getestet werden.Catalytic test stands, in which the capillary restrictors according to the invention and capillary restrictor modules are preferred, are preferably laboratory usually tested with between 0.1 g and 50 g of catalyst become. It is preferred that the invention Capillary restrictors in conjunction with catalytic test stands to verwärden in which 0.2 g to 2 g of catalyst are tested, preferably less than 2 g of catalyst. However, it is advantageous that the Kapillarrestriktormodule invention in principle also suitable for catalytic test stands, in which - relative to the laboratory scale - relative large quantities of catalyst are tested.
Ein in der Praxis häufig auftretendes Problem bei der Verwendung von Kapillarrestriktoren betrifft die Tatsache, dass die Kanäle der Kapillarrestriktoren gegebenenfalls leicht blockiert werden können, ohne dass sich dies unmittelbar bemerkbar macht. Dies führt zu einer größeren Variation beziehungsweise systematischen Verschiebungen bei der Messdatenqualität. Die Modularisierung und die Beheizbarkeit der Kapillarrestriktoren gemäß der vorliegenden Erfindung trägt dazu bei, dass deren Eigenschaften besser charakterisiert und überwacht werden können, so dass ein verbessertes Eingreifen beim Auftreten von Fehlern möglich ist.One in practice a common problem in use of capillary restrictors concerns the fact that the channels the Kapillarrestriktoren optionally be easily blocked without being immediately noticeable. This leads to a greater variation respectively systematic shifts in measurement data quality. Modularization and heatability of capillary restrictors according to the present invention helping to better characterize and monitor their properties can be, so that an improved intervention in the occurrence of mistakes is possible.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kapillarrestriktoren gegenüber der Verwendung von aktiven Massenflussreglern in Testständen besteht darin, dass die Kapillarrestriktoren in der erfindungsgemäßen Bauweise bei höheren Temperaturen und Drücken betrieben werden können als dies mit aktiven Massenflussreglern der Fall ist.One another advantage over the use of capillary restrictors the use of active mass flow controllers in test stands is that the capillary restrictors in the inventive Construction at higher temperatures and pressures can be operated as this with active mass flow controllers the case is.
Es ist dadurch möglich, die Katalyseteststände unter Betriebsbedingungen zu steuern, die technisch ansonsten nur sehr schwierig zu realisieren sind.It is thereby possible, the catalytic tests under Operating conditions to control, which otherwise technically only very difficult to realize.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt das mechanische Verbiegen von Kapillarrestriktoren einen weiteren Parameter dar, mit dessen Hilfe der Durchfluss durch die Kapillarrestriktoren zusätzlich zur thermischen Steuerung oder alternativ zur thermischen Steuerung in einem bestimmten Bereich gesteuert werden kann. Das Verbiegen besteht entweder in der reversiblen Formveränderung von einer gestreckten zu einer gewickelten Kapillarrestriktor oder der Veränderung der Wicklungszahl beziehungsweise des Wicklungsdurchmessers. Ein solches ”Verbiegen” wird vorzugsweise in Zusammenhang mit ”elastischen” Kapillarrestriktoren (Young's Modulus unter 90 GPa bzw. 70 GPa) eingesetzt, insbesondere mit ”Fused-Silica”-Kapillaren.In Another preferred embodiment of the present invention Invention provides the mechanical bending of capillary restrictors another parameter, with the help of the flow through the capillary restrictors in addition to the thermal control or alternatively to the thermal control in a certain area can be controlled. Bending consists either in the reversible Form change from a stretched to a wound Capillary restrictor or changing the winding number or the winding diameter. Such a "bending" becomes preferably in connection with "elastic" capillary restrictors (Young's modulus below 90 GPa or 70 GPa) used, in particular with "fused-silica" capillaries.
- 01, 02 ...0601, 02 ... 06
- regelbare bzw. steuerbare Kapillarrestriktorenadjustable or controllable capillary restrictors
- 0707
- KapillarrestriktormodulKapillarrestriktormodul
- 2121
- Mittel zum Heizenmedium for heating
- 3131
- Kapillarleitungcapillary
- 5151
- MulitportventilMulitportventil
- 5252
- Analysengerätanalyzer
- 5454
- Ausgangsleitung zur Abluftoutput line to the exhaust air
- 5555
- analysengerätseitige Abluftleitung, wobei auch eine Verbindung zur Leitung (54) vorhanden sein kannanalysis device side Exhaust air line, wherein a connection to the line (54) may be present can
- 5656
- elektronische Verbindungsleitung zum Regler beziehungsweise Steuerprogramm der Apparaturelectronic Connecting line to the controller or control program of apparatus
- 5757
- Regler oder Steuereinheit zur Regelung oder Steuerung der beheizbaren Kapillarrestriktorenregulator or control unit for controlling or controlling the heatable capillary restrictors
- 101–110101-110
- Reaktionsgefäßereaction vessels
- 201–210201-210
- Verbindungsleitungen zwischen den steuerbaren bzw. regelbaren Kapillarrestriktoren und den Reaktionsgefäßeninterconnectors between the controllable or controllable capillary restrictors and the reaction vessels
- 220–229220-229
- steuerbare bzw. regelbaren Kapillarrestriktorencontrollable or controllable capillary restrictors
- 300300
- Heizelementheating element
- 301, 304301 304
- Anschlüsseconnections
- 302, 303302 303
- Abnahmepunkteacceptance points
- 401–410401-410
- Zuleitungen zu den steuerbaren bzw. regelbaren Kapillarrestriktorenleads to the controllable or controllable capillary restrictors
- 501–510501-510
- Verbindungsleitungen der Temperatursensoren zu einem Regler bzw. Steuerkasteninterconnectors the temperature sensors to a controller or control box
- 600600
- Gehäuse (Rahmen) mit Aussparung für Kapillarrestriktoren und Aufnahmebereiche mit Gewindecasing (Frame) with cutout for capillary restrictors and receiving areas with thread
- 601, 601'601 601 '
- Nuten beziehungsweise Aussparungengroove or recesses
- 602, 602'602 602 '
- Einlegeelemente (beispielsweise Unterlegscheiben)insertion elements (for example, washers)
- 603, 603'603 603 '
- Dichtungselement mit Durchführung für Kapillarrestriktorsealing element with passage for capillary restrictor
- 604, 604'604 604 '
- Haltesteg (Verdrehsicherung)holding web (Rotation)
- 605, 605'605 605 '
- zweiseitiges Schraubgewinde (kann zumindest auch an einer Seite mit Schnellkupplung bzw. Bajonett-Verschluss versehen sein)two-sided Screw thread (can also at least on one side with quick coupling or bayonet closure be provided)
- 606, 606'606 606 '
- Dichtungselement mit Durchführung für Leitungsealing element with execution for administration
- 607, 607'607 607 '
- Verschraubung mit Durchführung (Überwurfmutter)screw with bushing (union nut)
- 608, 608', 609''608 608 ', 609' '
-
entspricht
(
605 ) (hier mit 6eckiger Mutter und 12eckiger Schraube)corresponds to605 ) (here with 6eckiger mother and 12eckiger screw) - 701–710701-710
- Versorgungsleitungen zum Betrieb der Mittel zum Heizen, die mit den Kapillarrestriktoren in Verbindung stehensupply lines for operating the means of heating, with the capillary restrictors keep in touch
- 801–810801-810
- Eingangspositionen für die Temperatursensoren am Regler bzw. am Steuerkastenreceipt items for the temperature sensors on the controller or on the control box
- 901–910901-910
- Ausgangspositionen vom Regler zu den Heizelementen der Kapillarrestriktorenstarting positions from the controller to the heating elements of the capillary restrictors
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