Dombelastetes Flüssigkeitsregelventil mit mehreren Öffnungen zur Verbesserung der Polyolefinforschung

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24. Februar 2021

Eine Fallstudie in Zusammenarbeit mit Equilibar LLC und ILS – Integrated Lab Solutions

In den letzten Jahren haben sich die Forscher mehr und mehr auf die Entwicklung verbesserter Polymere konzentriert, die umweltfreundlicher sind als bestehende Kunststoffe. Die Forschung hat sich insbesondere auf die Entwicklung vollständig recycelbarer Kunststoffe konzentriert, die multifunktional sind und dazu beitragen, den Stoffkreislauf für die Herstellung von Polyolefin-Polymeren zu schließen.

In diesem Anwendungshinweis wird erläutert, wie die Präzisionssteuerungstechnologie – das Kerngeschäft sowohl von Equilibar LLC als auch von Equilibar-Distributor Pressure Control Solutions – es diesen Forschern ermöglicht, die Flüssigkeitssteuerung innerhalb ihrer Forschunganwendung zu verbessern.

Fallstudie: ILS

Ein interessantes Beispiel in diesem Zusammenhang ist das Projekt Integrated Lab Solutions in Deutschland: ILS hat eine lange Geschichte in der Entwicklung von Testeinheiten für Polyolefin-Katalysatoren, die von Forschern und Innovatoren auf der ganzen Welt im globalen Bestreben, Kunststoffe zu verbessern, eingesetzt werden. In einem Projekt aus dem Jahr 2019 hat ILS eine vollautomatische 6-parallele Batch-Polymerisationseinheit entwickelt, die in der Lage ist, Aufschlämmungs-, Gas- und Massenpolyethylen- und Polypropylensynthesen durchzuführen. ILS setzte Equilibars dombelastete Flüssigkeitsregelventillösung mit mehreren Öffnungen ein, um die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Flüssigkeitsregelung zu bewältigen.

Herausforderungen bei der Durchflussregelung in der Polyolefin-Katalyse und -Tests

Vollautomatische 6-parallele multimodale Polyolefinanlage (foto mit freundlicher Genehmigung von ILS)

Um eine einwandfreie Funktion der ILS-Prüfgeräte zu gewährleisten, ist eine quantitative und stabile Monomerflusskontrolle über extrem weite Fluss- und Druckbereiche erforderlich.

Ein Massendurchflussregler (MFC) allein ist mit seinem integrierten elektronischen Durchflussregelventil gerade in der Lage, über einen begrenzten Druckbereich einen stabilen Massendurchfluss bereitzustellen. Wenn ein breiterer Durchfluss- und Druckbereich ins Spiel kommt – wie es bei der Polyolefinforschung unverkennbar der Fall ist – bietet ein konventioneller MFC nicht die Stabilität und Genauigkeit, die erforderlich ist, um die Systemspezifikationen der Forscher zu erfüllen. Der MFC zeigt eine Instabilität, hauptsächlich aufgrund der Flashing-Probleme, die sich aus der Dosierung von Flüssiggasmonomeren wie Propylen und 1-Buten ergeben.

Basierend auf den einzigartigen Eigenschaften der Equilibar-Regelventile für die Durchflussregelung wurden diese Herausforderungen durch den Einsatz der patentierten Equilibar-Technologie überwunden. Eine schematische Darstellung dieser Lösung sehen Sie in der Produktgalerie.

Vorteile eines dombelasteten Flüssigkeitsregelventils mit mehreren Öffnungen

Die Platzierung eines dombelastete Vordruckreglers mit mehreren Öffnungen direkt nach dem Thermo- oder Coriolis-MFC ermöglicht eine stetige Steuerung des Monomerflusses über extrem breite Fluss- und Druckbereiche.

Durch die Anordnung dieser Art von BPR stromabwärts des MFC und stromaufwärts des Reaktors erfährt der MFC unabhängig von den Druckschwankungen im Reaktor denselben stromaufwärtigen Druck wie stromabwärtigen Druck. Dieser Aufbau führt zu einer überlegenen Monomerflusskontrolle über den gesamten Flussbereich der Hochdurchsatz-Polyolefin-Testeinheit.

Darüber hinaus ermöglicht das kompakte Design dieses Spezial-BPR, dass es in kleine Räume passt.

Darüber hinaus lässt es sich leicht aufheizen, wodurch das System Joule-Thomson-Kühleffekten entgegenwirkt, die häufig bei der Flüssiggasdosierung auftreten.

Nicht zuletzt kann es aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, was eine optimale Anpassung an das System, in das es eingebaut ist, ermöglicht und die Beständigkeit gegen härteste Chemikalien erleichtert. So steht beispielsweise eine Lösung komplett aus Hastelloy zur Verfügung; Eine vollständige Anpassung an die Prozessanforderungen an das Systemdesign und die Optimierung der Prozessergebnisse ist somit in Reichweite.

Um zu verdeutlichen, wie gut Equilibar-Ventile zum Zweck der Durchflusskontrolle mit MFCs zusammenpassen, verweisen wir auf dieses Video von Dr. Anton J. Nagy, CEO von ILS, der die „Fine-Chemicals Batch to Continuous Flow Synthesis Unit“ demonstriert.

Weitere Integration des dombelasteten Flüssigkeitsregelventils mit mehreren Öffnungen

Darüber hinaus hat Pressure Control Solutions auch eine weitere integrierte Lösung entwickelt. Armand Bergsma (Gründer von PCS) erklärt:

„Wenn wir MFCs für Flüssiggase liefern, integrieren wir das hochpräzise Proportionalventil direkt in die Kappe eines Equilibar-Vordruckreglers. Das Proportionalventil sieht nur ein Inertgas wie Stickstoff unter Druck. Über dieses Proportionalventil wird der Dom des BPR mit Druck beaufschlagt. Ein speziell für diesen Zweck entwickelter Durchflussbegrenzer wird hinzugefügt, um eine konstante Menge an N2 freizusetzen. Das einzelne Proportionalventil wird direkt vom eingebauten PID-Regler im Coriolis-Sensor angesteuert. Der PID-Regler stellt somit einen perfekt ausgeglichenen Druck in der Kuppel ein und erzeugt einen stabilen Durchfluss. Die Verdampfung der Medien erfolgt hinter dem Equilibar Regelventil. In einigen Fällen ist der Equilibar mit einem Heizstab ausgestattet, um den Wärmeverlust auszugleichen.“  

Ein P&ID-Schema, wie diese Lösung in der Praxis aussieht, ist unten dargestellt. Erfahren Sie mehr über Flow Control auf unserer Kompetenzen-Seite.

Über Equilibar

Equilibar ist ein in den USA ansässiger Hersteller einzigartiger und innovativer Flüssigkeitskontrolllösungen. Die patentierte Fluid-Control-Technologie wird in einer Vielzahl von Prozessen eingesetzt, darunter Katalysatoren, Petrochemie, überkritische und andere industrielle Anwendungen. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an einen Equilibar-Anwendungstechniker unter anfrage@equilibar.com oder (+1) 828 650 6590.

Über Pressure Control Solutions

Pressure Control Solutions mit Hauptsitz in den Niederlanden bietet innovative Präzisionsregelprodukte für eine Vielzahl von Prozessen, darunter Katalysator-, Petrochemie-, überkritische und pharmazeutische Anwendungen. Basierend auf jahrelanger Erfahrung und Spezialisierung entwickelt PCS Systeme mit erstklassigen Produkten wie kuppelbeladenen Reglern mit mehreren Öffnungen von Equilibar und Massendurchflussreglern von Bronkhorst. Für weitere Informationen kontaktieren Sie einen Anwendungsspezialist für eine direkte Beratung unter info@pressurecontrolsolutions.nl.

ILS-Integrated Lab Solutions GmbHist ein Anbieter von chemischen F&E-Dienstleistungen und Produkten in Berlin, Deutschland. Kontaktieren Sie Ihr Team unter sales@integratedlabsolutions.com.

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