蒸汽流量控制

日常生活中我們被蒸汽包圍。通過呼吸、視覺或觸覺，我們感知它的存在。另一個明顯的例子是水蒸氣，它是我們家中空氣的一部分。如果空氣遇到較冷的表面（例如窗戶）就會很明顯。所含的水蒸氣可能會凝結(jié)在窗玻璃上，并像液體一樣變得可見和可觸摸。

工業(yè)過程和實驗室中，蒸汽也發(fā)揮著作用。什么是蒸汽？蒸汽用于哪里？以及如何以受控的方式將蒸汽輸送到此類過程中？

了解蒸汽流量控制的更多信息

什么是蒸汽？
如何產(chǎn)生蒸汽？
為什么使用蒸汽？
使用起泡器的傳統(tǒng)蒸汽流量控制
通過受控蒸發(fā)混合改進(jìn)蒸汽流量解決方案
對于蒸汽流量應(yīng)用：避免冷凝
蒸汽流量應(yīng)用案例

什么是蒸汽？

蒸汽與氣體相似-氣體是物質(zhì)的基本狀態(tài)，就像固體和液體一樣。氣體和蒸汽由單獨的分子組成，它們以自由粒子的形式移動。氣體和蒸汽之間有本質(zhì)的區(qū)別。如果化合物在室溫（約20℃）和常壓（1個大氣壓）下是液體，那么我們將該化合物的“氣態(tài)”形式稱為蒸汽。這就是為什么我們稱水的“氣態(tài)”形式為蒸汽，而氧氣的氣態(tài)形式是氣體，因為氧氣在環(huán)境條件下仍然是氣體。

如何產(chǎn)生蒸汽？

當(dāng)提高溫度或降低壓力時，液體會蒸發(fā)并轉(zhuǎn)化為蒸汽。在分子水平上，液體表面的任何溫度下，總有分子具有足夠的速度離開液體。因此，在液體上方總是存在相同液體的蒸汽。蒸發(fā)發(fā)生在任何溫度下，而不僅僅是在液體的沸騰溫度下。沸騰溫度只是一個定義：它是液體蒸汽壓等于環(huán)境壓力的點。

操作溫度和壓力是控制蒸汽壓的兩種方法，因此是控制蒸汽量或-在動態(tài)情況下-蒸汽流量。控制蒸汽壓力的第三種方法（實際上是降低蒸汽壓）是稀釋蒸汽，例如在蒸汽中加入惰性氣體（如氮氣）。

為什么使用蒸汽？

在某些情況下，您可能希望以受控方式將蒸汽添加到工藝中。例如，考慮燃料電池-PEMFC-其中的電解質(zhì)需要處于水合狀態(tài)（加濕）以保持高電導(dǎo)率，從而獲得優(yōu)化性能。閱讀應(yīng)用案例獲得更多相關(guān)信息，您可能希望為濕度傳感器的校準(zhǔn)和認(rèn)證提供準(zhǔn)確的水蒸氣濃度，以便設(shè)備顯示正確的濕度值。

另一種類型的蒸汽輸送是受控地向反應(yīng)器供應(yīng)金屬有機(jī)蒸汽。氣態(tài)化合物在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)中充當(dāng)前體，在物體上沉積薄層，例如沉積半導(dǎo)體薄膜。準(zhǔn)確的蒸汽供應(yīng)是必要的，以準(zhǔn)確控制涂層生長-即使在復(fù)雜形狀的物體上-并避免溢出昂貴的金屬有機(jī)前體。

使用起泡器的傳統(tǒng)蒸汽流量控制

將蒸汽輸送到客戶工藝的傳統(tǒng)方法是使用起泡器系統(tǒng)。氣流通過充滿液體化合物的加熱容器冒泡。載氣流完全或部分被復(fù)合蒸發(fā)飽和，并且該蒸汽由載氣進(jìn)一步引導(dǎo)至客戶的工藝流程。這是非常簡單的設(shè)置，可以多功能使用，但也有一些缺點。工藝條件的微小變化可能會使蒸汽流量發(fā)生較大變化，使其成為一種相對不準(zhǔn)確的輸送技術(shù)，長期穩(wěn)定性較差。由于蒸汽壓很大程度上取決于容器溫度，因此溫度的輕微變化將導(dǎo)致蒸汽壓和蒸汽流量的相當(dāng)大的偏差。此外，總壓力和載氣流量需要穩(wěn)定，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的蒸汽流量。蒸汽流量解決方案在很大程度上依賴于溫度和壓力。

通過受控蒸發(fā)和混合改進(jìn)蒸汽流量解決方案

克服上述障礙的一種方法是利用CEM（受控蒸發(fā)和混合）系統(tǒng)進(jìn)行蒸汽輸送。在蒸汽系統(tǒng)中，氣體質(zhì)量流量控制器（例如EL-FLOW Select系列）提供準(zhǔn)確受控的載氣流量，而液體流量計（例如mini CORI-FLOW 或 LIQUI-FLOW）測量要蒸發(fā)的液體的流量，例如從室溫加壓液體容器中抽取。液體控制閥也可用作三通執(zhí)行器，其任務(wù)是將微小的液滴與載氣混合。

完整的CEM可通過外部讀數(shù)/控制單元（包括電源）進(jìn)行監(jiān)控，也可使用Bronkhorst軟件（如Bronkhorst Flowsuite）來監(jiān)控CEM系統(tǒng)組件。CEM是蒸汽輸送模塊，在許多方面都優(yōu)于起泡器。運(yùn)行過程不受壓力和溫度影響，因為氣體和液體流量由質(zhì)量流量控制器控制，質(zhì)量流量儀表的高精度和高重復(fù)性確保摩爾比的準(zhǔn)確控制。準(zhǔn)確的質(zhì)量流量控制為蒸發(fā)器的蒸汽輸出提供了良好的穩(wěn)定性。將液體流直接注入載氣流中，可更好地分散液體分子在氣體中的分布，縮短響應(yīng)時間。

蒸發(fā)室設(shè)計有產(chǎn)生湍流的內(nèi)部幾何形狀，增強(qiáng)氣液混合物的均勻性。此外還用于加熱引入氣流的細(xì)小液滴，促進(jìn)其蒸發(fā)。

使用Fluidat on the Net軟件可輕松確定液體的質(zhì)量流量。還可計算相對濕度（%RH）和摩爾濃度，便于優(yōu)化Bronkhorst CEM蒸發(fā)系統(tǒng)。

蒸汽流量應(yīng)用：避免冷凝

通過增加壓力或降低溫度，蒸汽可相對容易地轉(zhuǎn)為液體-干燥氣體中不行。處理蒸汽的一大挑戰(zhàn)是防止冷凝，因其會導(dǎo)致液滴，破壞或損害正在進(jìn)行的過程。

因此，在不改變系統(tǒng)壓力的情況下，保持CEM以外的溫度始終高于CEM內(nèi)部的溫度并高于露點溫度?；蛘?，在不改變溫度的情況下，將CEM以外的壓力保持在CEM內(nèi)部的壓力以下。

蒸汽流量應(yīng)用案例

使用CEM系統(tǒng)的蒸汽輸送通常發(fā)生在表面處理、食品和飲料行業(yè)、制藥應(yīng)用、材料研究和測試以及環(huán)境研究等應(yīng)用中。

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