專利名稱：用于測量并聯(lián)反應(yīng)器的流體流量的流動速度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量并聯(lián)流體流量的流動速度的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在對化學(xué)反應(yīng)進行的研究中，廣泛使用高吞吐量的實驗方法。在高吞吐量的實驗方法中，多個相對小規(guī)模的反應(yīng)器并聯(lián)放置。在每個反應(yīng)器中，進行不同的實驗。通常情況下，在不同反應(yīng)器中的條件和/或反應(yīng)物有輕微的變化。例如，雖然全部反應(yīng)器在相同壓力和溫度下進行工作，但是全部包含不同的反應(yīng)物，或者雖然反應(yīng)物全部相同，但是改變壓力和溫度。在進行實驗后，將實驗結(jié)果相互比較，并且例如認(rèn)定感興趣的反應(yīng)物(例如，催化齊U)或者有發(fā)展的反應(yīng)條件。并行進行實驗使得得到實驗結(jié)果的時間大量減少。通常情況下，在高吞吐量實驗方法中，反應(yīng)器較小，如所使用的反應(yīng)物的量一樣。如果使用直流式(flow through)反應(yīng)器,那么流體流量的流動速度也較低。標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)器尺寸不會超過Icm的直徑，并且例如當(dāng)檢測催化活性時，通常在每個反應(yīng)器中存在幾克潛在催化劑。有時甚至使用更少的潛在催化劑，例如在0.005至I克之間。通常液體的流動速度小于10毫升每小時，和/或氣體的流動速度小于150N毫升每分鐘。在高吞吐量反應(yīng)中使用的標(biāo)準(zhǔn)低流動速度使得控制通過單獨反應(yīng)器的流體流量較困難。為了能夠使得在不同反應(yīng)器中進行的實驗結(jié)果相互比較，重要的是得知每個實驗發(fā)生的工藝條件。該工藝條件包括例如溫度、壓力和流動速度。W099/64160目的在于通過為每個反應(yīng)器的上游或下游提供被動流量限制器將流過所有反應(yīng)器的流動速度保持一致。在每個限制器中流體流量的阻力非常大，使得由限制器來確定流過每個反應(yīng)器的流動速度。通常被動流量控制器比主動流量控制器更加便宜和緊湊。另一方面，在實驗過程中主動流量控制器允許調(diào)節(jié)流量，而不需要中斷實驗。使用如被動流量控制器的流量限制器來控制流過反應(yīng)器的流動速度的缺點在于，所有的流量限制器必須單獨校準(zhǔn)，以便得到在反應(yīng)器上所需的流量分布。例如當(dāng)使用毛細管作為流量限制器時，毛細血管的長度必須改變以便得到流體流量的正確阻力。這是勞動S集型。US2004/0121470描述了一種用于高吞吐量催化劑篩選和優(yōu)化的方法和裝置。在該方法和裝置中，設(shè)置了多個并聯(lián)反應(yīng)器，但是順序地進行實驗。當(dāng)一個反應(yīng)器供應(yīng)反應(yīng)物氣體和/或反應(yīng)物液體時，其他反應(yīng)器供應(yīng)惰性流體，和/或用于預(yù)處理、再生等的流體。將來自發(fā)生實驗的反應(yīng)器的流出物提供到分析器。當(dāng)實驗完成時，將反應(yīng)物流體供應(yīng)到不同的反應(yīng)器，并且先前的主動反應(yīng)器接收其他流體(惰性、預(yù)處理、再生等等)。已知的裝置包括反應(yīng)器上游的旋轉(zhuǎn)式閥門，該閥門保證將反應(yīng)物流體導(dǎo)向到一個反應(yīng)器，而將其他流體(惰性、預(yù)處理、再生等) 導(dǎo)向到其他反應(yīng)器。因此，在已知的裝置中，反應(yīng)器的上游閥門用來確定哪個反應(yīng)器容納哪種流體
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一個測量并聯(lián)流體流量的優(yōu)化的系統(tǒng)和方法。根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)和權(quán)利要求12的方法實現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā)明，流體流量分布在多個反應(yīng)器上。這些反應(yīng)器優(yōu)選為直流反應(yīng)器，而且也能夠在充滿多個分支反應(yīng)器的過程中使用本發(fā)明。能夠在反應(yīng)器上均等的分布流量，但是也可以為根據(jù)所需的不同流量分布，例如第一反應(yīng)器接收X毫升每分鐘(ml/min)，第二反應(yīng)器接收2x毫升每分鐘，第三反應(yīng)器接收3x毫升每分鐘等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在本發(fā)明中可以使用任意預(yù)定的流量分布。根據(jù)本 發(fā)明，公共供給線分成多個反應(yīng)器供給線。反應(yīng)器供給線接收來自公共供給線的流體。流過公共供給線的組合流體流量分為反應(yīng)器供給流量，反應(yīng)器供給流量中的每一個流到反應(yīng)器。組合供給流量的流體以及反應(yīng)器供給流量可以是氣體、液體或氣體和液體的組合。每個反應(yīng)器供給線將所接收的流體指引至連接所述反應(yīng)器供給線的反應(yīng)器?？梢允嵌鄠€反應(yīng)器供給線連接到每個反應(yīng)器。例如，這使其能夠供應(yīng)液體和氣體至反應(yīng)器。除了反應(yīng)器供給線，系統(tǒng)還包括測量線。測量線分支出來，使得其具有多個出口。每個出口連接到相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)器供給線。在第一實施方案中，測量線具有單一入口。在該實施方案中，測量線入口連接到公共供給線。在第二實施方案中，測量線具有多個入口。在該實施方案中，測量線入口中的每一個連接到相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)器供給線。在每個反應(yīng)器供給線中，與測量線入口的連接設(shè)置在與測量線出口的連接的上游。在測量線中設(shè)置第一流量傳感器。該流量傳感器適用于測量流過測量線的流體的流動速度。流量傳感器可以為任意適合類型的流量傳感器。但是優(yōu)選地，使用的流量傳感器具有對于流體流量的低阻力，比如基于飛行時間原理(time of flight princeple)的流量傳感器。也可以使用其他適合類型的流量傳感器。另外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括閥系統(tǒng)。所述閥系統(tǒng)包括一個或多個閥，以及用于控制一個或多個閥，特別是控制一個或多個閥的設(shè)置的閥控制單元。閥系統(tǒng)設(shè)置為和/或適應(yīng)于使得閥系統(tǒng)能夠承擔(dān)非測量設(shè)置，所述非測量設(shè)置允許來自公共供給線的流體流到連接到公共供給線的反應(yīng)器供給線中，以及經(jīng)由反應(yīng)器供給線流到反應(yīng)器中。在該非測量設(shè)置中，流體流量流過全部反應(yīng)器供給線。當(dāng)閥系統(tǒng)位于其非測量設(shè)置中時，流動速度不通過測量線中的流量傳感器測量。閥系統(tǒng)還能夠承擔(dān)測量設(shè)置，其中閥重新導(dǎo)向反應(yīng)器供給流量中的一個，使得其流經(jīng)測量線。該重新導(dǎo)向的反應(yīng)器供給流量流經(jīng)測量線的同時，在閥處于其非測量設(shè)置中時，該反應(yīng)器供給流量將流過的反應(yīng)器供給線將封閉。該(暫時)封閉的反應(yīng)器供給線被測量線完全或部分地繞過。當(dāng)閥系統(tǒng)處于其測量設(shè)置中時，閥控制單元優(yōu)選地改變閥或多個閥的設(shè)置，使得流到每個反應(yīng)器供給線或流入每個反應(yīng)器供給線的流體順序地、一個接著另一個地被重新定向以流經(jīng)測量線，并且重新定向的流量流經(jīng)測量線。因此，通過第一流量傳感器來一個接著另一個地測量一個反應(yīng)器供給線的流體流量的流動速度。在測量周期過程中，每個反應(yīng)器供給流量被重新定向通過測量線一次。因此，通過測量線中的流量傳感器來一個接著另一個地測量每個反應(yīng)器供給流量的流動速度。
優(yōu)選地，在實驗的過程中進行多個測量周期。在連續(xù)測量周期之間可以存在時間間隔，或者測量周期可以緊接在另一個后面進行。在測量周期中的測量之間也可以存在時間間隔，或者在測量周期中的測量可以緊接在另一個之后進行。閥系統(tǒng)可以包括任意適合類型的閥。可以對于每個單獨的線使用單獨的閥(每個閥具有單一入口和單一出口)，但也可以使用同時作用在多個線中的流體流量上或作用在至多個線的流體流量上的旋轉(zhuǎn)閥。因此該旋轉(zhuǎn)閥具有多個入口和多個出口。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點在于只有測量線需要設(shè)置有流量傳感器，但是在所有單獨的反應(yīng)器供給線中仍然能夠測量流動速度。由于只需要具有較少的流量傳感器，這當(dāng)然降低了成本。僅在測量線中使用流量傳感器中的另一個重要優(yōu)點在于通過相同的流量傳感器進行所有的測量。因此，不再需要廣泛的校準(zhǔn)。如果使用多個流量傳感器，每一個反應(yīng)器供給線中擁有一個流量傳感器，并且你想要比較不同反應(yīng)器供給線的流量速度，那么為了可靠的比較，你必須確保所有的流量傳感器的讀數(shù)足夠準(zhǔn)確。實際上，這歸結(jié)于所有的流量傳感器必須根據(jù)相同的標(biāo)準(zhǔn)單獨校準(zhǔn)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，這不再必須，因為所有的測量使用相同的流量傳感器。在可能的實施方案中·，不僅在測量線中測量流動速度，還通過公共供給線來確定流動速度。該流動速度能夠通過設(shè)置在公共供給線中的任意適合類型的流量傳感器來測量。實際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)科里奧利(coriolis)流量傳感器工作得很好。作為選擇(或附加)，能夠使用簡單質(zhì)量計來測量流體源質(zhì)量的減少，這是由于流體流出流體源所導(dǎo)致的。隨著時間的質(zhì)量減少可以關(guān)聯(lián)到流出流體源且流進公共供給線的流體的流動速度。在另一個可能的實施方案中，除了反應(yīng)器的測量線上游，存在反應(yīng)器的下游的第二測量線。該第二測量線具有多個入口。測量線的每個入口連接到從反應(yīng)器出來的流出物線的一個。在該實施方案中，存在第二閥和第二閥控制器以確保流量從第一流出物線重新定向而通過第二測量線，使得能夠測量其流動速度。緊接著，每個流出物線的流量被定向通過第二測量線，使得能夠確定所有流動速度。例如該信息能夠用于確定催化劑活性和反應(yīng)效率。在有利的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)用于控制流體流量至反應(yīng)器的流動速度。在該實施方案中，每個反應(yīng)器供給線包括流量控制器。該流量控制器為主動流量控制器，其表示經(jīng)過該主動流量控制器的流體流量的流動速度能夠被調(diào)節(jié)而不需要中斷實驗。適合的主動流量控制器的實例為熱控流量限制器(例如，熱控毛細管(capillary)或熱控針孔(pinhole))、針閥或質(zhì)量流量控制器。該實施方案進一步包括用于控制通過反應(yīng)器供給線的流體流量的流動速度的流量控制單元。在反應(yīng)器供給線中的流量控制器的設(shè)置基于設(shè)置在測量線中的第一流量傳感器的測量結(jié)果而確定。在另一個實施方案中，可以在測量線中設(shè)置兩個或多個流量傳感器。該兩個流量傳感器可以串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。例如，一個流量傳感器能夠用作冗余流量傳感器，在另一個發(fā)生故障的情況下作為備份。在該系統(tǒng)中，優(yōu)勢在于并聯(lián)設(shè)置流量傳感器，并且具有定向通過測量線以及通過流量傳感器中的一個的總流量的閥系統(tǒng)。如果該流量傳感器發(fā)生故障，閥系統(tǒng)改變閥的設(shè)置，使得流量定向通過其他傳感器。然后可以替換發(fā)生故障的傳感器而不需要停止系統(tǒng)，因此不需要中斷實驗。作為一種替代或附加，可以在測量線中并聯(lián)設(shè)置兩個或多個流量傳感器。該流量傳感器可以用作雙重檢查，或者該流量傳感器可以具有不同的測量范圍。


將參考附圖對本發(fā)明進行更為具體的說明，在附圖中顯示了本發(fā)明的非限制性實施方案。附圖顯示了:圖1:一種用于進行如先前技術(shù)中已知的并行實驗的系統(tǒng)，圖2:在靜止?fàn)顟B(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實施方案，圖3:在測量周期的連續(xù)步驟期間的圖2的系統(tǒng)，圖4:根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實施方案，圖5:在圖4的實施方案中的測量周期，圖6:圖2的實施方案的變型，圖7:圖4的實施方案的變型，圖8:圖2的實施方案的變型，圖9:圖2的實施方案的變型，

圖10:在本發(fā)明中另一個實施方案，圖11:在本發(fā)明中另一個實施方案，圖12:在本發(fā)明中另一個實施方案。
具體實施例方式圖1顯示了一種用于進行如先前技術(shù)中已知的并行實驗的系統(tǒng)。該已知的系統(tǒng)包括四個并聯(lián)設(shè)置的反應(yīng)器Rl、R2、R3、R4。在圖1的實例中，反應(yīng)器Rl、R2、R3、R4為直流反應(yīng)器。現(xiàn)有的流體源10用于將流體提供到并聯(lián)反應(yīng)器Rl、R2、R3、R4。該流體可以是氣體、液體，或氣體和液體的組合。例如流體供給源可以為受壓的容器(container)或貯罐(reservoir)、或者與泵或壓縮機結(jié)合的忙罐。流體通過公共供給線12離開流體源10。離開流體源10的流體流量表示為“組合供給流量”。四個反應(yīng)器供給線5、6、7、8連接到公共供給線12。組合流體流量被分到這四個反應(yīng)器供給線5、6、7、8上。反應(yīng)器供給線5、6、7、8中的每一個將一部分組合的供給流量送到反應(yīng)器R1、R2、R3、R4中的一個。流動到一個反應(yīng)器的組合供給流量的部分表示為“反
應(yīng)器供給流量”。每個反應(yīng)器供給線5、6、7、8已經(jīng)設(shè)置有閥15、16、17、18。這些閥允許打開或關(guān)閉
在其中設(shè)置的反應(yīng)器供給線。已知的系統(tǒng)可以包括多個流體源，并且每個反應(yīng)器可以同時接收來自兩個或更多個流體源的流體。在圖1的已知系統(tǒng)的可能的實施方案中，主動或被動流量控制器設(shè)置在反應(yīng)器供給線中。作為替代或附加，也可以是主動或被動流量控制器設(shè)置在反應(yīng)器的下游系統(tǒng)中。
在反應(yīng)器R1、R2、R3、R4的每一個中發(fā)生不同的反應(yīng)。例如，每個反應(yīng)器提供有不同的物質(zhì)，該物質(zhì)可以是潛在催化劑。氣體、液體或其組合經(jīng)由公共供給線12和反應(yīng)器供給線5、6、7、8中的一個從流體源10引導(dǎo)至反應(yīng)器R1、R2、R3、R4中的一個。每一個反應(yīng)器的反應(yīng)器流出物通過分析器(圖1中未示出)來分析。在一個實施方案中，每個反應(yīng)器的反應(yīng)器流出物在單獨的容器中被接收用來進行離線分析。在不同的實施方案中，反應(yīng)器流出物被引導(dǎo)至選擇器閥，該選擇器閥將流出物引導(dǎo)至分析器或廢棄物。在另一個不同的實施方案中，每個流出物流同時定向到在線分析器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到代替四個反應(yīng)器，能夠使用任意其他數(shù)量的反應(yīng)器(每個反應(yīng)器具有相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)器供給線)。圖2顯示了在靜止?fàn)顟B(tài)下根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實施方案。與圖1的已知系統(tǒng)相比，已經(jīng)添加了測量線21。在圖2的實施方案中，測量線21具有單一測量線入口 22。測量線入口 22連接到公共供給線21。于是，其與流體源10流體連通。在圖2的實施方案中，測量線 21具有四個測量線出口 30、31、32、33。每個測量線出口連接到相關(guān)聯(lián)的反應(yīng)器供給線5、6、7、8。與測量線出口 30、31、32、33的連接配置在各自的反應(yīng)器供給線5、6、7、8的閥15、16、17、18的下游。在測量線出口 30、31、32、33和反應(yīng)器供給線5、6、7、8之間的連接使得測量線21與反應(yīng)器供給線5、6、7、8流體連通。在圖2的實施方案中，測量線21分支為四個測量線出口 30、31、32、33。在每個分支25、26、27、28中，閥35、36、37、38配置到測量線出口 30、31、32、33的上游。在分支的測量線上游的部分中設(shè)置了流量傳感器23。該流量傳感器23適用于測量經(jīng)過測量線21的流體流量的流動速度。流量傳感器23能夠為任意適合類型的流量傳感器，但是優(yōu)選使用相比于其他系統(tǒng)的直流式元件具有較低流體流量阻力的流量傳感器類型，使得當(dāng)反應(yīng)器供給線中的閥15、16、17、18和/或測量線中的閥35、36、37、38工作時，流量傳感器不改變流到反應(yīng)器的流動速度的比率(如果公共供給線的流動速度保持在固定速度則可能發(fā)生)。基于飛行時間原理的流量傳感器或熱流量傳感器已被證明是特別適合的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在圖2的系統(tǒng)中能夠使用任意數(shù)量的反應(yīng)器，具有相應(yīng)數(shù)量的反應(yīng)器供給線(每個供給線具有閥)、測量線出口以及測量線分支(每個分支具有閥)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解關(guān)于圖1所描述的不同類型的分析器配置也能夠用在圖2的系統(tǒng)中。圖3顯示了在測量周期的連續(xù)步驟期間的圖2的系統(tǒng)。圖3A顯示了恰好在測量周期開始之前的圖2的系統(tǒng)。在測量線的分支25、26、27、28中的閥35、36、37、38全部關(guān)閉，在反應(yīng)器供給線5、6、7、8中的閥15、16、17、18全部打開。
組合供給流量分為四個反應(yīng)器供給流量。每個反應(yīng)器供給流量流經(jīng)反應(yīng)器供給線至反應(yīng)器。圖3A中的箭頭表示流體流動。圖3B顯示測量周期的第一步。連接到第一反應(yīng)器供給線5的測量線分支25中的閥35打開，第一反應(yīng)器供給線5中的閥15關(guān)閉。在測量線的其他分支26、27、28中的閥36、37、38保持關(guān)閉，在其他反應(yīng)器供給線6、7、8中的閥16、17、18保持打開。由于閥的這種設(shè)定，組合供給流體仍然分成四個反應(yīng)器供給流量，但是由于閥15封閉反應(yīng)器供給線5，一個反應(yīng)器供給流量定向通過測量線21和反應(yīng)器供給線5的最后部分，而不是正好通過(全部)反應(yīng)器供給線5。測量線21中的流量傳感器23測量該重新定向的反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖3B中的箭頭表示流體流動。在該實施方案的變型中，測量線21的分支25的出口 30直接連接到反應(yīng)器Rl，使得重新定向的反應(yīng)器供給流量繞過反應(yīng)器供給線5。在測量線21和流量傳感器23中的流體流量阻力為優(yōu)選地，使得在測量周期中任意步驟期間，閥的設(shè)定的轉(zhuǎn)換不影響在反應(yīng)器上的組合供給流量的分配。圖3C顯示了在測量周期中的第二步。連接到第一反應(yīng)器供給線5的測量線的分支25中的閥35重新關(guān)閉，但是現(xiàn)在連接到第二反應(yīng)器供給線6的測量線的分支26中的閥36打開。同樣，在第一反應(yīng)器供給線中的閥15重新打開，但是在第二反應(yīng)器供給線6中的閥16關(guān)閉。由于閥的這種設(shè)定，組合供給流體仍然分成四個反應(yīng)器供給流量，但是由于閥16封閉反應(yīng)器供給線6，其中的一個反應(yīng)器供給流量定向通過測量線21和反應(yīng)器供給線6的最后部分，而不是正好通過(全部)反應(yīng)器供給線6。測量線21中的流量傳感器23測量該重新定向的反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖3C中的箭頭表示流體流動。在該實施方案的變型中，測量線21的分支26的出口 31直接連接到反應(yīng)器R2，使得重新定向的反應(yīng)器供給流量繞過反應(yīng)器供給線6。圖3D顯示了在測量周期中的第三步。連接到第二反應(yīng)器供給線6的測量線的分支26中的閥36重新關(guān)閉，而連接到第三反應(yīng)器供給線7的測量線的分支27中的閥37打開。同樣，在第二 反應(yīng)器供給線6中的閥16重新打開，但是在第三反應(yīng)器供給線7中的閥17關(guān)閉。由于閥的這種設(shè)定，組合供給流體仍然分成四個反應(yīng)器供給流量，但是由于閥17封閉反應(yīng)器供給線7，其中的一個反應(yīng)器供給流量定向通過測量線21和反應(yīng)器供給線7的最后部分，而不是正好通過(全部)反應(yīng)器供給線7。測量線21中的流量傳感器23測量該重新定向的反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖3D中的箭頭表示流體流動。在該實施方案的變型中，測量線21的分支27的出口 32直接連接到反應(yīng)器R3，使得重新定向的反應(yīng)器供給流量繞過反應(yīng)器供給線7。圖3E顯示了在測量周期中的第四步。連接到第三反應(yīng)器供給線7的測量線的分支27中的閥37重新關(guān)閉，而連接到第四反應(yīng)器供給線8的測量線的分支28中的閥38打開。同樣，在第三反應(yīng)器供給線7中的閥17重新打開，而在第四反應(yīng)器供給線8中的閥18關(guān)閉。由于閥的這種設(shè)定，組合供給流體仍然分成四個反應(yīng)器供給流量，但是由于閥18封閉反應(yīng)器供給線8，其中的一個反應(yīng)器供給流量定向通過測量線21和反應(yīng)器供給線8的最后部分，而不是正好通過(全部)反應(yīng)器供給線8。測量線21中的流量傳感器23測量該重新定向的反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖3E中的箭頭表示流體流動。在該實施方案的變型中，測量線21的分支28的出口 33直接連接到反應(yīng)器R4，使得重新定向的反應(yīng)器供給流量繞過反應(yīng)器供給線8。在測量周期中的第四步之后，系統(tǒng)能夠返回到圖3A的非測量狀態(tài)，或者其能夠通過開始另一個測量周期而繼續(xù)測量。在通過開始另一個測量周期而繼續(xù)測量的情況下，系統(tǒng)將返回到圖3B的狀態(tài)。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實施方案。
在圖4的實施方案中，測量線具有與圖2的實施方案中相似的多個測量線，但是其也具有多個測量線入口 22a、22b、22c、22d。在圖4的實施方案中，測量線具有入口分支45、46、47、48，以及出口分支25、26、27、28。每個測量線入口連接到反應(yīng)器供給線5、6、7、8中的一個。在圖4的實施方案中，閥15、16、17、18和閥35、36、37、38為三向閥(一個入口、兩個出口 ；一個出口打開，一個出口關(guān)閉)。這樣允許以圖2的實施方案同樣的方式使得圖4的實施方案工作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在圖4的系統(tǒng)中能夠使用任意數(shù)量的反應(yīng)器，具有相應(yīng)數(shù)量的反應(yīng)器供給線(每個供給線具有閥)、測量線出口以及測量線分支(每個分支具有閥)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解關(guān)于圖1所描述的不同類型的分析器配置也能夠用在圖4的系統(tǒng)中。相比于圖2的實施方案，圖4的實施方案中的測量線的入口進一步設(shè)置為在系統(tǒng)中的下游。因此，當(dāng)在流體源中使用相同壓力時，圖4的實施方案允許在其中設(shè)置的測量線和流量傳感器在低壓工作。在測量線中的壓力能夠-在兩個實施方案中-通過在測量線的入口上游設(shè)置流量限制器來進一步降低。圖5顯示了在圖4的實施方案中的測量周期。圖5A顯示了恰好在測量周期開始之前的圖4的系統(tǒng)。設(shè)置所有的閥15、16、17、18和閥35、36、37、38，使得沒有流體流量通過測量線21。組合供給流量分為四個反應(yīng)器供給流量。每個反應(yīng)器供給流量流經(jīng)反應(yīng)器供給線至反應(yīng)器。圖5A中的箭頭表示流體流動。圖5B顯示測量周期的第一步。在該第一步中，設(shè)定閥，使得流經(jīng)第一反應(yīng)器供給線5的流體繞過該第一反應(yīng)器供給線5的一部分。在該繞過期間，流體流量流經(jīng)測量線21的第一入口分支45、流經(jīng)流量傳感器23、以及流經(jīng)測量線的第一出口分支25而返回到第一反應(yīng)器供給線5中。在流體流量通過流量傳感器23的通路期間，測量流動速度。圖5C顯示測量周期的第二步。在該第二步中，設(shè)定閥使得流經(jīng)第二反應(yīng)器供給線6的流體繞過該第二反應(yīng)器供給線6的一部分。在該繞過期間，流體流量流經(jīng)測量線21的第二入口分支46、流經(jīng)流量傳感器23、以及流經(jīng)測量線的第二出口分支26而返回到第二反應(yīng)器供給線6中。在流體流量通過流量傳感器23的通路期間，測量流動速度。圖顯示測量周期的第三步。在該第三步中，設(shè)定閥使得流經(jīng)第三反應(yīng)器供給線7的流體繞過該第三反應(yīng)器供給線7的一部分。在該繞過期間，流體流量流經(jīng)測量線21的第三入口分支47、流經(jīng)流量傳感器23、以及流經(jīng)測量線的第三出口分支27而返回到第三反應(yīng)器供給線7中。在流體流量通過流量傳感器23的通路期間，測量流動速度。圖5E顯示測量周期的第四步。在該第四步中，設(shè)定閥使得流經(jīng)第四反應(yīng)器供給線8的流體繞過該第四反應(yīng)器供給線8的一部分。在該繞過期間，流體流量流經(jīng)測量線21的第四入口分支48、流經(jīng)流量傳感器23、以及流經(jīng)測量線的第四出口分支28而返回到第四反應(yīng)器供給線8中。在流體流量通過流量傳感器23的通路期間，測量流動速度。在測量周期中的第四步之后，系統(tǒng)能夠返回到圖5A的非測量狀態(tài)，或者其能夠通過開始另一個測量周期而繼續(xù)測量。在通過開始另一個測量周期而繼續(xù)測量的情況下，系統(tǒng)將返回到圖5B的狀態(tài) 。在圖2和圖4的實施方案中，在測量周期的各個步驟期間，使用多個閥生成正確的流體連接。代替該多個閥，能夠使用具有多個入口和出口的閥，例如旋轉(zhuǎn)閥。例如，更夠用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的該類型的合適的閥為Vici的EMT4CSC8MWE類型。圖6顯示了圖2的實施方案的變型。在該變型中，測量線21的流量傳感器23用在控制環(huán)路中以控制反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖6顯示了在測量周期的第一步期間的閥設(shè)定。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解控制環(huán)路不限于該測量周期的步驟。在圖6的實施方案中，每個反應(yīng)器供給線設(shè)置有流量控制器Cl、C2、C3、C4。這些流量控制器為主動流量控制器，使得在實驗過程中能夠改變其設(shè)置，而不需要中斷實驗。圖6的實施方案進一步包括流量控制單元50。該流量控制單元50通過數(shù)據(jù)輸入連接51從流量傳感器23接收流量測量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)輸入連接51可以是導(dǎo)線，但是其也可以是無線連接。流量控制單元50通過控制連接55、56、57、58來控制流量控制器C1、C2、C3、C4的
設(shè)置。這些控制連接能夠為有線連接或無線連接。流量控制器Cl、C2、C3、C4的所需設(shè)置基于流量控制單元從測量線21中的流量傳感器23所接收的測量數(shù)據(jù)。在圖6的實施方案的變型中，一個或多個流量傳感器設(shè)置在流量控制器的下游和反應(yīng)器的上游。這些流量傳感器能夠相對于實際流動速度提供反饋到流量控制單元50的反饋數(shù)據(jù)。通過該反饋數(shù)據(jù)，能夠更加精確地控制流動速度。圖7顯示了圖4的實施方案的變型。在該變型中，測量線21的流量傳感器23用在控制環(huán)路中以控制反應(yīng)器供給流量的流動速度。

圖7顯示了在測量周期的第一步期間的閥設(shè)置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解控制環(huán)路不限于該測量周期的步驟。與圖6的實施方案相似，在圖7的實施方案中每個反應(yīng)器供給線具有流量控制器C1、C2、C3、C4。這些流量控制器為主動流量控制器，使得在實驗過程中能夠改變其設(shè)置，而不需要中斷實驗。雖然圖7顯示了流量控制器設(shè)置在測量線入口的上游，其也能夠設(shè)置在測量線出口的下游。還可以想象到，其設(shè)置在測量線的入口和出口之間的反應(yīng)器供給線的部分中。圖7的實施方案進一步包括流量控制單元50。該流量控制單元50通過數(shù)據(jù)輸入連接51從流量傳感器23接收流量測量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)輸入連接51可以是導(dǎo)線，但是其也可以是無線連接。流量控制單元50通過控制連接55、56、57、58來控制流量控制器C1、C2、C3、C4的
設(shè)置。這些控制連接能夠為有線連接或無線連接。流量控制器Cl、C2、C3、C4的所需設(shè)置基于流量控制單元從測量線21中的流量傳感器23所接收的測量數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施方案中，其中現(xiàn)有的控制環(huán)路使用測量線21中流量傳感器23的測量數(shù)據(jù)，比如在圖6和圖7中所示的那些數(shù)據(jù)，流量控制單元能夠?qū)⒉煌髁康臏y量數(shù)據(jù)進行比較。在該情況下，在反應(yīng)器供給線中的流量控制器的設(shè)置能夠調(diào)節(jié)，從而獲得反應(yīng)器供給流量的流動速度的所需比率。圖8顯示了圖2的實施方案的另一個變型。在該實施方案中，第二流量傳感器11設(shè)置在公共供給線12中，在測量線21的入口 22的上游。第二流量傳感器23測量組合供給流量的流動速度。組合供給流量具有的流動速度大于反應(yīng)器供給流量的流動速度。因此，相比于反應(yīng)器供給流量，能夠更加容易且更加精確地測量組合供給流量。只需要單一流量傳感器來測量組合供給流量，其控制了成本，或者允許投入更加昂貴、更高質(zhì)量的流量傳感器。除了來自第一流量傳感器23的測量數(shù)據(jù)，可以使用來自第二流量傳感器11的測量數(shù)據(jù)。例如，第一流量傳感器23 (在測量線21中的流量傳感器)能夠僅用來確定反應(yīng)器供給流量的流動速度比率，同時基于該比率和所測量的組合供給流量的流動速度來計算反應(yīng)器供給流量的流動速度的絕對值。例如，如果用第一傳感器23確定第一反應(yīng)器供給流量到第四反應(yīng)器供給流量的流動速度的比率為1:2:1:1，并且測量的組合流動速度為50毫升每分鐘，那么可以推斷出在第一反應(yīng)器供給線、第三反應(yīng)器供給線和第四反應(yīng)器供給線中的流動速度為10毫升每分鐘，同時在第二反應(yīng)器供給線中的流動速度為20毫升每分鐘。由于第二流量傳感器的測量范圍可以為在工業(yè)中更常用到的測量范圍，因此除了第一流量傳感器，使用第二流量傳感器的優(yōu)勢在于，相比于第一流量傳感器，第二流量傳感器可以為更常規(guī)的流量傳感器。另外，能夠測量低流動速度通常涉及在流量傳感器設(shè)計中的妥協(xié)，例如，使得流量傳感器的堅固性降低、可靠性降低、穩(wěn)定性降低或者精確性降低。通常第二流量傳感器將不具有該設(shè)計妥協(xié)。由于測量不僅依靠必須能夠測量小流量的流量傳感器，因此第二流量傳感器的設(shè)置使其能夠得到反應(yīng)器供給流量的流動速度的準(zhǔn)確、可靠的測量。能夠通過第二流量傳感器得到組合供給流量的流動速度的精確測量，同時第一流量傳感器僅用于確定反應(yīng)器供給流量的流動速度之間的比率。顯然第二流量傳感器11還能夠用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的其他實施方案中。在圖8的實施方案中，已經(jīng)設(shè)置了測量流體源10的質(zhì)量的質(zhì)量計14。質(zhì)量計14可以為其上放置流體源10的簡式天平(simple balance)或負荷傳感器(load cell)。通過在實驗過程中監(jiān)控流體源的質(zhì)量隨著時間的減少，其能夠計算組合供給流量的質(zhì)量流動速度。在公共供給線12中能夠使用質(zhì)量計來代替第二流量傳感器，或者將質(zhì)量計加到公共供給線12中。本領(lǐng)域技術(shù) 人員將很清楚，當(dāng)使用質(zhì)量計14來代替第二流量傳感器11時，能夠得到與在使用第二流量傳感器11時同樣的優(yōu)勢。在圖8的變型中，設(shè)置了另外的流體源10*。該另外的流體源10*向反應(yīng)器R1、R2、R3、R4提供了第二反應(yīng)流體。該另外的反應(yīng)流體可以為氣體、液體或氣體和液體的混合。顯然，另外的流體源10*還能夠應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的其他實施方案中。也顯然，在任意實施方案中可以存在第二流量傳感器11或另外的流體源10*中的一個。圖9顯示了圖2的實施方案的另一種變型。在該實施方案中，在測量線21上存在多個流量傳感器23a、23b、23c。流量傳感器23a和流量傳感器23b串聯(lián)設(shè)置。流量傳感器23a具有第一測量范圍，而流量傳感器23b具有不同于流量傳感器23a的第一測量范圍的第二測量范圍。在這種方式下，能夠隨著增加的范圍測量流動速度。流量傳感器23b和流量傳感器23c并聯(lián)設(shè)置。設(shè)置了閥24a、24b、24c、24d以便指引流體流量通過流量傳感器23b或通過流量傳感器23c中的一個。在該實例中，流量傳感器23b和23c相同或至少相似。如果在圖9中所示的情況下流量傳感器23b在實驗過程中發(fā)生故障，那么可以打開閥24a和24b并且關(guān)閉閥24c和24d，使得流體流過傳感器23c。通過這種方式，實驗和測量不必由于流量傳感器23b的故障而被中斷。甚至可以替換流量傳感器23b而不需要中斷實驗的測量。顯然可以并聯(lián)和/或串聯(lián)設(shè)置更多個流量傳感器，或者可以使用僅串聯(lián)的流量傳感器或僅并聯(lián)的流量傳感器。也顯然具有多個流量傳感器的測量線能夠應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的任意實施方案中。圖10顯示了圖2的一種變型，其中設(shè)置了附加流體源110。附加流體源110通過附加公共供給線112以及附加反應(yīng)器供給線105、106、107、108連接到反應(yīng)器Rl、R2、R3、R4。在附加反應(yīng)器供給線上，存在閥115、116、117、118。圖10的實施方案還包括附加測量線121和附加流量傳感器123。附加測量線具有單一入口 122，和分支 125、126、127、128，閥 135、136、137、138 以及出口 130、131、132、133。出口 130連接到附加反應(yīng)器供給線105，出口 131連接到附加反應(yīng)器供給線106，出口 132連接到附加反應(yīng)器供給線107，以及出口 133連接到附加反應(yīng)器供給線108。附加流體源、附加公共供給線、附加反應(yīng)器供給線、附加測量線、附加流量傳感器以及相關(guān)聯(lián)的閥的子系統(tǒng)使得其能夠供應(yīng)第二流體至反應(yīng)器。也允按照本發(fā)明的方式測量該第二流體的反應(yīng)器供給流量的流動速度。圖10的子系統(tǒng)也能夠結(jié)合本發(fā)明的其他實施方案而使用。另外或作為圖10中所述的子系統(tǒng)的替代，也可以基于圖4的實施方案來設(shè)計用于第二流體的附加的子系統(tǒng)。圖11顯示了一個實施方案，其中根據(jù)本發(fā)明的測量線223用來測量離開反應(yīng)器Rl、R2、R3、R4的流出物流的流動速度。在該實施方案中 ，每個反應(yīng)器R1、R2、R3、R4已經(jīng)設(shè)置有流出物導(dǎo)管206、206、207、208。例如，流出物導(dǎo)管將離開反應(yīng)器的流出物帶到分析器、或帶到樣本收集容器(用于后續(xù)的離線分析)、或帶到將反應(yīng)器流出物指引至分析器或廢棄物的選擇閥。在該實施方案中，已經(jīng)設(shè)置了流出物測量線221。在流出物測量線221中，已經(jīng)設(shè)置了流出物流量傳感器223。閥215、216、217、218設(shè)置在流出物測量線221的入口分支245、246、247、248的入口 222a、222b、222c、222d處。閥235、236、237、238設(shè)置在流出物測量線221的出口分支225、226、227、228 的出口處。當(dāng)流出物流的流動速度的測量為所需時，設(shè)置閥使得一個流出物流重新定向，從而其繞過流出物導(dǎo)管的部分并且通過流出物測量線221。過了一段時間后，改變閥設(shè)置，使得另一個流出物流得以導(dǎo)向通過流出物測量線221，而先前重新導(dǎo)向的流量再流過全部流出物導(dǎo)管。在測量周期中，全部流出物流的流動速度被測量一次。流出物測量線221與圖4和圖5所描述的反應(yīng)器上游的測量線21用基本上相同的方法來應(yīng)用。能夠進行如圖10中所示的流出物的流動速度的測量，而不管用于反應(yīng)器供給的提供的反應(yīng)器上游的構(gòu)造。圖12顯示了一種構(gòu)造，其中測量線21的出口沒有連接到反應(yīng)器供給線，而是直接地連接到反應(yīng)器R1、R2、R3、R4。圖12基于圖2的實施方案，但是也在本發(fā)明的其他實施方案中，測量線的出口能夠直接地連接到反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.用于測量并聯(lián)反應(yīng)器的流體流量的流動速度的系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)包括: -多個反應(yīng)器，所述反應(yīng)器中的每一個具有反應(yīng)器入口， -公共供給線， 所述公共供給線具有用于接收來自流體源的流體的公共供給線入口，以及至少一個公共供給線出口，所接收的流體形成了組合供給流量， 所述公共供給線適用于將來自所述公共供給線入口的所述組合供給流量輸送到出口中的所述公共供給線出口， -多個反應(yīng)器供給線，所述反應(yīng)器供給線用于接收反應(yīng)器流體流量以及用于將所述反應(yīng)器流體流量輸送至所述多個反應(yīng)器中的至少一個，所述反應(yīng)器流體流量為來自所述公共供給線的所述組合供給流量的一部分，每個反應(yīng)器供給線在公共供給線出口和所述反應(yīng)器的反應(yīng)器入口之間延伸， -測量線，所述測量線具有多個測量線出口，所述測量線出口中的每一個連接到所述反應(yīng)器供給線中的一個或連接到所述反應(yīng)器中的一個， 并且所述測量線具有連接到所述公共供給線的一個測量線入口或者具有多個測量線入口，所述測量線入口中的每一個連接到所述反應(yīng)器供給線中的一個， -第一流量傳感器，所述第一流量傳感器在所述測量線中，用于測量通過所述測量線的流體流量的流動速度，以及 -閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)包括一個或多個閥以及用于控制所述一個或多個閥的閥控制單 元， 所述閥系統(tǒng)設(shè)置為和/或適應(yīng)于使得所述閥系統(tǒng)能夠承擔(dān)測量設(shè)置，其中所述閥重新定向反應(yīng)器供給流量中的一個，使得所述反應(yīng)器供給流量流過所述測量線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)， 其中所述系統(tǒng)進一步包括: -流量控制器，所述流量控制器在每個反應(yīng)器供給線中，以及 -流量控制單元，所述流量控制單元適應(yīng)于控制反應(yīng)流體流過在所述反應(yīng)器供給線中的所述流量控制器的流動速度，所述控制基于所述第一流量傳感器的測量。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述閥系統(tǒng)適應(yīng)于順序地重新定向通過所述測量線的所有反應(yīng)器供給流量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述系統(tǒng)進一步包括用于測量所述組合供給流量的流動速度的第二流量傳感器，所述第二流量傳感器設(shè)置在所述公共供給線中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述第一流量傳感器和/或所述第二流量傳感器為基于飛行時間原理。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述系統(tǒng)進一步包括質(zhì)量計，所述質(zhì)量計設(shè)置為使得所述質(zhì)量計測量所述流體源的質(zhì)量和/或在所述流體源的質(zhì)量中的任意變化。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述反應(yīng)器供給線中的每一個設(shè)置有流量控制器，并且其中所述測量線具有單一測量線入口，并且其中所述測量線出口連接到所述流量控制器的反應(yīng)器供給線的上游，并且所述測量線入口連接到所述公共供給線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述反應(yīng)器供給線中的每一個設(shè)置有流量控制器，并且其中所述測量線具有多個測量線入口，并且其中所述測量線入口和所述測量線出口均連接到所述流量控制器的反應(yīng)器供給線的下游。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述測量線的至少一個出口連接到反應(yīng)器。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中至少一個流量控制器包括溫度控制的毛細管、質(zhì)量流量控制器或科里奧利流量控制器。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的系統(tǒng)， 其中所述系統(tǒng)進一步包括: -多個流出物導(dǎo)管，每個流出物導(dǎo)管連接到反應(yīng)器用于接收來自所述反應(yīng)器的所述流出物，以及用于輸送所述流出物離開所述反應(yīng)器， -流出物測量線，所述流出物測量線具有多個流出物測量線入口，所述流出物測量線入口中的每一個連接到流出物導(dǎo)管中的一個， 并且所述流出物測量線 具有多個流出物測量線出口，所述流出物測量線出口中的每一個連接到所述流出物導(dǎo)管中的一個， -流出物流量傳感器，所述流出物流量傳感器在所述流出物測量線中，用于測量通過所述流出物測量線的所述流體流量的流動速度，以及 -流出物閥系統(tǒng)，所述流出物閥系統(tǒng)包括一個或多個閥以及用于控制所述一個或多個閥的閥控制單元， -所述流出物閥系統(tǒng)設(shè)置為和/或適應(yīng)于使得所述流出物閥系統(tǒng)能夠承擔(dān)測量設(shè)置，其中閥重新定向流出物流量中的一個，使得所述流出物流量中的一個流過所述流出物測量線。
12.用于測量并聯(lián)反應(yīng)器的流體流量的流動速度的方法， 所述方法包括以下步驟: -設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)， -將組合供給流量供應(yīng)到公共供給線的入口， -將所述組合供給流量分布在反應(yīng)器供給線上，隨后將所述組合供給流量分為多個反應(yīng)器流體流量， -將每個反應(yīng)器流體流量輸送到反應(yīng)器， -進行流動速度測量，所述流動速度測量包括以下步驟: -控制閥或多個閥的設(shè)置，使得反應(yīng)器流體流量轉(zhuǎn)向，從而使反應(yīng)器流體流量流過測量線， -測量該轉(zhuǎn)向的反應(yīng)器流體流量的流動速度， -將所述轉(zhuǎn)向的反應(yīng)器流體流量供應(yīng)到反應(yīng)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述方法進一步包括以下步驟: -改變所述閥或所述多個閥的設(shè)置，使得轉(zhuǎn)向的反應(yīng)器流體流量不再轉(zhuǎn)向通過所述測量線， -改變所述閥或所述多個閥的設(shè)置，使得另一個反應(yīng)器流體流量轉(zhuǎn)向，從而使所述另一個反應(yīng)器流體流量流過所述測量線， -測量該轉(zhuǎn)向的反應(yīng)器流體流量的流動速度， -將所述轉(zhuǎn)向的反應(yīng)器流體流量供應(yīng)到反應(yīng)器， -對于所有反應(yīng)器流體流量重復(fù)測量周期的上述步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法， 其中所述方法進一步包括以下步驟: -確定在不同的反應(yīng)器流體流量的流動速度之間的差別， -使用根據(jù)權(quán)利要求2中的流量控制單元，控制通過所述反應(yīng)器供給線的所述反應(yīng)器流體流量的流動速度，所 述控制基于所確定的在反應(yīng)器流體流量的流動速度中的差別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量并聯(lián)反應(yīng)器的流體流量的流動速度的系統(tǒng)，包括公共供給線，多個用于接收反應(yīng)器流體流量的反應(yīng)器供給線-測量線，以及閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)包括一個或多個閥以及用于控制所述一個或多個閥的閥控制單元，所述閥系統(tǒng)設(shè)置為和/或適應(yīng)于使得所述閥系統(tǒng)能夠承擔(dān)測量設(shè)置，其中所述閥重新定向反應(yīng)器供給流量中的一個，使得所述反應(yīng)器供給流量流過所述測量線。
文檔編號G01N31/10GK103228350SQ201180048107
公開日2013年7月31日 申請日期2011年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者R·H·W·莫內(nèi)恩 申請人:阿凡田控股有限公司