专利名称：用于测量并联反应器的流体流量的流动速度的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量并联流体流量的流动速度的系统和方法。
背景技术：
在对化学反应进行的研究中，广泛使用高吞吐量的实验方法。在高吞吐量的实验方法中，多个相对小规模的反应器并联放置。在每个反应器中，进行不同的实验。通常情况下，在不同反应器中的条件和/或反应物有轻微的变化。例如，虽然全部反应器在相同压力和温度下进行工作，但是全部包含不同的反应物，或者虽然反应物全部相同，但是改变压力和温度。在进行实验后，将实验结果相互比较，并且例如认定感兴趣的反应物(例如，催化齐U)或者有发展的反应条件。并行进行实验使得得到实验结果的时间大量减少。通常情况下，在高吞吐量实验方法中，反应器较小，如所使用的反应物的量一样。如果使用直流式(flow through)反应器,那么流体流量的流动速度也较低。标准的反应器尺寸不会超过Icm的直径，并且例如当检测催化活性时，通常在每个反应器中存在几克潜在催化剂。有时甚至使用更少的潜在催化剂，例如在0.005至I克之间。通常液体的流动速度小于10毫升每小时，和/或气体的流动速度小于150N毫升每分钟。在高吞吐量反应中使用的标准低流动速度使得控制通过单独反应器的流体流量较困难。为了能够使得在不同反应器中进行的实验结果相互比较，重要的是得知每个实验发生的工艺条件。该工艺条件包括例如温度、压力和流动速度。W099/64160目的在于通过为每个反应器的上游或下游提供被动流量限制器将流过所有反应器的流动速度保持一致。在每个限制器中流体流量的阻力非常大，使得由限制器来确定流过每个反应器的流动速度。通常被动流量控制器比主动流量控制器更加便宜和紧凑。另一方面，在实验过程中主动流量控制器允许调节流量，而不需要中断实验。使用如被动流量控制器的流量限制器来控制流过反应器的流动速度的缺点在于，所有的流量限制器必须单独校准，以便得到在反应器上所需的流量分布。例如当使用毛细管作为流量限制器时，毛细血管的长度必须改变以便得到流体流量的正确阻力。这是劳动S集型。US2004/0121470描述了一种用于高吞吐量催化剂筛选和优化的方法和装置。在该方法和装置中，设置了多个并联反应器，但是顺序地进行实验。当一个反应器供应反应物气体和/或反应物液体时，其他反应器供应惰性流体，和/或用于预处理、再生等的流体。将来自发生实验的反应器的流出物提供到分析器。当实验完成时，将反应物流体供应到不同的反应器，并且先前的主动反应器接收其他流体(惰性、预处理、再生等等)。已知的装置包括反应器上游的旋转式阀门，该阀门保证将反应物流体导向到一个反应器，而将其他流体(惰性、预处理、再生等) 导向到其他反应器。因此，在已知的装置中，反应器的上游阀门用来确定哪个反应器容纳哪种流体
发明内容
本发明的目的为提供一个测量并联流体流量的优化的系统和方法。根据权利要求1的系统和权利要求12的方法实现该目的。根据本发明，流体流量分布在多个反应器上。这些反应器优选为直流反应器，而且也能够在充满多个分支反应器的过程中使用本发明。能够在反应器上均等的分布流量，但是也可以为根据所需的不同流量分布，例如第一反应器接收X毫升每分钟(ml/min)，第二反应器接收2x毫升每分钟，第三反应器接收3x毫升每分钟等等。本领域技术人员将理解在本发明中可以使用任意预定的流量分布。根据本 发明，公共供给线分成多个反应器供给线。反应器供给线接收来自公共供给线的流体。流过公共供给线的组合流体流量分为反应器供给流量，反应器供给流量中的每一个流到反应器。组合供给流量的流体以及反应器供给流量可以是气体、液体或气体和液体的组合。每个反应器供给线将所接收的流体指引至连接所述反应器供给线的反应器。可以是多个反应器供给线连接到每个反应器。例如，这使其能够供应液体和气体至反应器。除了反应器供给线，系统还包括测量线。测量线分支出来，使得其具有多个出口。每个出口连接到相关联的反应器供给线。在第一实施方案中，测量线具有单一入口。在该实施方案中，测量线入口连接到公共供给线。在第二实施方案中，测量线具有多个入口。在该实施方案中，测量线入口中的每一个连接到相关联的反应器供给线。在每个反应器供给线中，与测量线入口的连接设置在与测量线出口的连接的上游。在测量线中设置第一流量传感器。该流量传感器适用于测量流过测量线的流体的流动速度。流量传感器可以为任意适合类型的流量传感器。但是优选地，使用的流量传感器具有对于流体流量的低阻力，比如基于飞行时间原理(time of flight princeple)的流量传感器。也可以使用其他适合类型的流量传感器。另外，根据本发明的系统包括阀系统。所述阀系统包括一个或多个阀，以及用于控制一个或多个阀，特别是控制一个或多个阀的设置的阀控制单元。阀系统设置为和/或适应于使得阀系统能够承担非测量设置，所述非测量设置允许来自公共供给线的流体流到连接到公共供给线的反应器供给线中，以及经由反应器供给线流到反应器中。在该非测量设置中，流体流量流过全部反应器供给线。当阀系统位于其非测量设置中时，流动速度不通过测量线中的流量传感器测量。阀系统还能够承担测量设置，其中阀重新导向反应器供给流量中的一个，使得其流经测量线。该重新导向的反应器供给流量流经测量线的同时，在阀处于其非测量设置中时，该反应器供给流量将流过的反应器供给线将封闭。该(暂时)封闭的反应器供给线被测量线完全或部分地绕过。当阀系统处于其测量设置中时，阀控制单元优选地改变阀或多个阀的设置，使得流到每个反应器供给线或流入每个反应器供给线的流体顺序地、一个接着另一个地被重新定向以流经测量线，并且重新定向的流量流经测量线。因此，通过第一流量传感器来一个接着另一个地测量一个反应器供给线的流体流量的流动速度。在测量周期过程中，每个反应器供给流量被重新定向通过测量线一次。因此，通过测量线中的流量传感器来一个接着另一个地测量每个反应器供给流量的流动速度。
优选地，在实验的过程中进行多个测量周期。在连续测量周期之间可以存在时间间隔，或者测量周期可以紧接在另一个后面进行。在测量周期中的测量之间也可以存在时间间隔，或者在测量周期中的测量可以紧接在另一个之后进行。阀系统可以包括任意适合类型的阀。可以对于每个单独的线使用单独的阀(每个阀具有单一入口和单一出口)，但也可以使用同时作用在多个线中的流体流量上或作用在至多个线的流体流量上的旋转阀。因此该旋转阀具有多个入口和多个出口。根据本发明的系统和方法的优点在于只有测量线需要设置有流量传感器，但是在所有单独的反应器供给线中仍然能够测量流动速度。由于只需要具有较少的流量传感器，这当然降低了成本。仅在测量线中使用流量传感器中的另一个重要优点在于通过相同的流量传感器进行所有的测量。因此，不再需要广泛的校准。如果使用多个流量传感器，每一个反应器供给线中拥有一个流量传感器，并且你想要比较不同反应器供给线的流量速度，那么为了可靠的比较，你必须确保所有的流量传感器的读数足够准确。实际上，这归结于所有的流量传感器必须根据相同的标准单独校准。在根据本发明的系统和方法中，这不再必须，因为所有的测量使用相同的流量传感器。在可能的实施方案中·，不仅在测量线中测量流动速度，还通过公共供给线来确定流动速度。该流动速度能够通过设置在公共供给线中的任意适合类型的流量传感器来测量。实际上，已经发现科里奥利(coriolis)流量传感器工作得很好。作为选择(或附加)，能够使用简单质量计来测量流体源质量的减少，这是由于流体流出流体源所导致的。随着时间的质量减少可以关联到流出流体源且流进公共供给线的流体的流动速度。在另一个可能的实施方案中，除了反应器的测量线上游，存在反应器的下游的第二测量线。该第二测量线具有多个入口。测量线的每个入口连接到从反应器出来的流出物线的一个。在该实施方案中，存在第二阀和第二阀控制器以确保流量从第一流出物线重新定向而通过第二测量线，使得能够测量其流动速度。紧接着，每个流出物线的流量被定向通过第二测量线，使得能够确定所有流动速度。例如该信息能够用于确定催化剂活性和反应效率。在有利的实施方案中，根据本发明的测量系统用于控制流体流量至反应器的流动速度。在该实施方案中，每个反应器供给线包括流量控制器。该流量控制器为主动流量控制器，其表示经过该主动流量控制器的流体流量的流动速度能够被调节而不需要中断实验。适合的主动流量控制器的实例为热控流量限制器(例如，热控毛细管(capillary)或热控针孔(pinhole))、针阀或质量流量控制器。该实施方案进一步包括用于控制通过反应器供给线的流体流量的流动速度的流量控制单元。在反应器供给线中的流量控制器的设置基于设置在测量线中的第一流量传感器的测量结果而确定。在另一个实施方案中，可以在测量线中设置两个或多个流量传感器。该两个流量传感器可以串联或并联设置。例如，一个流量传感器能够用作冗余流量传感器，在另一个发生故障的情况下作为备份。在该系统中，优势在于并联设置流量传感器，并且具有定向通过测量线以及通过流量传感器中的一个的总流量的阀系统。如果该流量传感器发生故障，阀系统改变阀的设置，使得流量定向通过其他传感器。然后可以替换发生故障的传感器而不需要停止系统，因此不需要中断实验。作为一种替代或附加，可以在测量线中并联设置两个或多个流量传感器。该流量传感器可以用作双重检查，或者该流量传感器可以具有不同的测量范围。
将参考附图对本发明进行更为具体的说明，在附图中显示了本发明的非限制性实施方案。附图显示了:图1:一种用于进行如先前技术中已知的并行实验的系统，图2:在静止状态下，根据本发明的系统的第一实施方案，图3:在测量周期的连续步骤期间的图2的系统，图4:根据本发明的系统的第二实施方案，图5:在图4的实施方案中的测量周期，图6:图2的实施方案的变型，图7:图4的实施方案的变型，图8:图2的实施方案的变型，图9:图2的实施方案的变型，
图10:在本发明中另一个实施方案，图11:在本发明中另一个实施方案，图12:在本发明中另一个实施方案。
具体实施例方式图1显示了一种用于进行如先前技术中已知的并行实验的系统。该已知的系统包括四个并联设置的反应器Rl、R2、R3、R4。在图1的实例中，反应器Rl、R2、R3、R4为直流反应器。现有的流体源10用于将流体提供到并联反应器Rl、R2、R3、R4。该流体可以是气体、液体，或气体和液体的组合。例如流体供给源可以为受压的容器(container)或贮罐(reservoir)、或者与泵或压缩机结合的忙罐。流体通过公共供给线12离开流体源10。离开流体源10的流体流量表示为“组合供给流量”。四个反应器供给线5、6、7、8连接到公共供给线12。组合流体流量被分到这四个反应器供给线5、6、7、8上。反应器供给线5、6、7、8中的每一个将一部分组合的供给流量送到反应器R1、R2、R3、R4中的一个。流动到一个反应器的组合供给流量的部分表示为“反
应器供给流量”。每个反应器供给线5、6、7、8已经设置有阀15、16、17、18。这些阀允许打开或关闭
在其中设置的反应器供给线。已知的系统可以包括多个流体源，并且每个反应器可以同时接收来自两个或更多个流体源的流体。在图1的已知系统的可能的实施方案中，主动或被动流量控制器设置在反应器供给线中。作为替代或附加，也可以是主动或被动流量控制器设置在反应器的下游系统中。
在反应器R1、R2、R3、R4的每一个中发生不同的反应。例如，每个反应器提供有不同的物质，该物质可以是潜在催化剂。气体、液体或其组合经由公共供给线12和反应器供给线5、6、7、8中的一个从流体源10引导至反应器R1、R2、R3、R4中的一个。每一个反应器的反应器流出物通过分析器(图1中未示出)来分析。在一个实施方案中，每个反应器的反应器流出物在单独的容器中被接收用来进行离线分析。在不同的实施方案中，反应器流出物被引导至选择器阀，该选择器阀将流出物引导至分析器或废弃物。在另一个不同的实施方案中，每个流出物流同时定向到在线分析器。本领域技术人员将理解到代替四个反应器，能够使用任意其他数量的反应器(每个反应器具有相关联的反应器供给线)。图2显示了在静止状态下根据本发明的系统的第一实施方案。与图1的已知系统相比，已经添加了测量线21。在图2的实施方案中，测量线21具有单一测量线入口 22。测量线入口 22连接到公共供给线21。于是，其与流体源10流体连通。在图2的实施方案中，测量线 21具有四个测量线出口 30、31、32、33。每个测量线出口连接到相关联的反应器供给线5、6、7、8。与测量线出口 30、31、32、33的连接配置在各自的反应器供给线5、6、7、8的阀15、16、17、18的下游。在测量线出口 30、31、32、33和反应器供给线5、6、7、8之间的连接使得测量线21与反应器供给线5、6、7、8流体连通。在图2的实施方案中，测量线21分支为四个测量线出口 30、31、32、33。在每个分支25、26、27、28中，阀35、36、37、38配置到测量线出口 30、31、32、33的上游。在分支的测量线上游的部分中设置了流量传感器23。该流量传感器23适用于测量经过测量线21的流体流量的流动速度。流量传感器23能够为任意适合类型的流量传感器，但是优选使用相比于其他系统的直流式元件具有较低流体流量阻力的流量传感器类型，使得当反应器供给线中的阀15、16、17、18和/或测量线中的阀35、36、37、38工作时，流量传感器不改变流到反应器的流动速度的比率(如果公共供给线的流动速度保持在固定速度则可能发生)。基于飞行时间原理的流量传感器或热流量传感器已被证明是特别适合的。本领域技术人员将理解在图2的系统中能够使用任意数量的反应器，具有相应数量的反应器供给线(每个供给线具有阀)、测量线出口以及测量线分支(每个分支具有阀)。本领域技术人员还将理解关于图1所描述的不同类型的分析器配置也能够用在图2的系统中。图3显示了在测量周期的连续步骤期间的图2的系统。图3A显示了恰好在测量周期开始之前的图2的系统。在测量线的分支25、26、27、28中的阀35、36、37、38全部关闭，在反应器供给线5、6、7、8中的阀15、16、17、18全部打开。
组合供给流量分为四个反应器供给流量。每个反应器供给流量流经反应器供给线至反应器。图3A中的箭头表示流体流动。图3B显示测量周期的第一步。连接到第一反应器供给线5的测量线分支25中的阀35打开，第一反应器供给线5中的阀15关闭。在测量线的其他分支26、27、28中的阀36、37、38保持关闭，在其他反应器供给线6、7、8中的阀16、17、18保持打开。由于阀的这种设定，组合供给流体仍然分成四个反应器供给流量，但是由于阀15封闭反应器供给线5，一个反应器供给流量定向通过测量线21和反应器供给线5的最后部分，而不是正好通过(全部)反应器供给线5。测量线21中的流量传感器23测量该重新定向的反应器供给流量的流动速度。图3B中的箭头表示流体流动。在该实施方案的变型中，测量线21的分支25的出口 30直接连接到反应器Rl，使得重新定向的反应器供给流量绕过反应器供给线5。在测量线21和流量传感器23中的流体流量阻力为优选地，使得在测量周期中任意步骤期间，阀的设定的转换不影响在反应器上的组合供给流量的分配。图3C显示了在测量周期中的第二步。连接到第一反应器供给线5的测量线的分支25中的阀35重新关闭，但是现在连接到第二反应器供给线6的测量线的分支26中的阀36打开。同样，在第一反应器供给线中的阀15重新打开，但是在第二反应器供给线6中的阀16关闭。由于阀的这种设定，组合供给流体仍然分成四个反应器供给流量，但是由于阀16封闭反应器供给线6，其中的一个反应器供给流量定向通过测量线21和反应器供给线6的最后部分，而不是正好通过(全部)反应器供给线6。测量线21中的流量传感器23测量该重新定向的反应器供给流量的流动速度。图3C中的箭头表示流体流动。在该实施方案的变型中，测量线21的分支26的出口 31直接连接到反应器R2，使得重新定向的反应器供给流量绕过反应器供给线6。图3D显示了在测量周期中的第三步。连接到第二反应器供给线6的测量线的分支26中的阀36重新关闭，而连接到第三反应器供给线7的测量线的分支27中的阀37打开。同样，在第二 反应器供给线6中的阀16重新打开，但是在第三反应器供给线7中的阀17关闭。由于阀的这种设定，组合供给流体仍然分成四个反应器供给流量，但是由于阀17封闭反应器供给线7，其中的一个反应器供给流量定向通过测量线21和反应器供给线7的最后部分，而不是正好通过(全部)反应器供给线7。测量线21中的流量传感器23测量该重新定向的反应器供给流量的流动速度。图3D中的箭头表示流体流动。在该实施方案的变型中，测量线21的分支27的出口 32直接连接到反应器R3，使得重新定向的反应器供给流量绕过反应器供给线7。图3E显示了在测量周期中的第四步。连接到第三反应器供给线7的测量线的分支27中的阀37重新关闭，而连接到第四反应器供给线8的测量线的分支28中的阀38打开。同样，在第三反应器供给线7中的阀17重新打开，而在第四反应器供给线8中的阀18关闭。由于阀的这种设定，组合供给流体仍然分成四个反应器供给流量，但是由于阀18封闭反应器供给线8，其中的一个反应器供给流量定向通过测量线21和反应器供给线8的最后部分，而不是正好通过(全部)反应器供给线8。测量线21中的流量传感器23测量该重新定向的反应器供给流量的流动速度。图3E中的箭头表示流体流动。在该实施方案的变型中，测量线21的分支28的出口 33直接连接到反应器R4，使得重新定向的反应器供给流量绕过反应器供给线8。在测量周期中的第四步之后，系统能够返回到图3A的非测量状态，或者其能够通过开始另一个测量周期而继续测量。在通过开始另一个测量周期而继续测量的情况下，系统将返回到图3B的状态。图4显示了根据本发明的系统的第二实施方案。
在图4的实施方案中，测量线具有与图2的实施方案中相似的多个测量线，但是其也具有多个测量线入口 22a、22b、22c、22d。在图4的实施方案中，测量线具有入口分支45、46、47、48，以及出口分支25、26、27、28。每个测量线入口连接到反应器供给线5、6、7、8中的一个。在图4的实施方案中，阀15、16、17、18和阀35、36、37、38为三向阀(一个入口、两个出口 ；一个出口打开，一个出口关闭)。这样允许以图2的实施方案同样的方式使得图4的实施方案工作。本领域技术人员将理解在图4的系统中能够使用任意数量的反应器，具有相应数量的反应器供给线(每个供给线具有阀)、测量线出口以及测量线分支(每个分支具有阀)。本领域技术人员还将理解关于图1所描述的不同类型的分析器配置也能够用在图4的系统中。相比于图2的实施方案，图4的实施方案中的测量线的入口进一步设置为在系统中的下游。因此，当在流体源中使用相同压力时，图4的实施方案允许在其中设置的测量线和流量传感器在低压工作。在测量线中的压力能够-在两个实施方案中-通过在测量线的入口上游设置流量限制器来进一步降低。图5显示了在图4的实施方案中的测量周期。图5A显示了恰好在测量周期开始之前的图4的系统。设置所有的阀15、16、17、18和阀35、36、37、38，使得没有流体流量通过测量线21。组合供给流量分为四个反应器供给流量。每个反应器供给流量流经反应器供给线至反应器。图5A中的箭头表示流体流动。图5B显示测量周期的第一步。在该第一步中，设定阀，使得流经第一反应器供给线5的流体绕过该第一反应器供给线5的一部分。在该绕过期间，流体流量流经测量线21的第一入口分支45、流经流量传感器23、以及流经测量线的第一出口分支25而返回到第一反应器供给线5中。在流体流量通过流量传感器23的通路期间，测量流动速度。图5C显示测量周期的第二步。在该第二步中，设定阀使得流经第二反应器供给线6的流体绕过该第二反应器供给线6的一部分。在该绕过期间，流体流量流经测量线21的第二入口分支46、流经流量传感器23、以及流经测量线的第二出口分支26而返回到第二反应器供给线6中。在流体流量通过流量传感器23的通路期间，测量流动速度。图显示测量周期的第三步。在该第三步中，设定阀使得流经第三反应器供给线7的流体绕过该第三反应器供给线7的一部分。在该绕过期间，流体流量流经测量线21的第三入口分支47、流经流量传感器23、以及流经测量线的第三出口分支27而返回到第三反应器供给线7中。在流体流量通过流量传感器23的通路期间，测量流动速度。图5E显示测量周期的第四步。在该第四步中，设定阀使得流经第四反应器供给线8的流体绕过该第四反应器供给线8的一部分。在该绕过期间，流体流量流经测量线21的第四入口分支48、流经流量传感器23、以及流经测量线的第四出口分支28而返回到第四反应器供给线8中。在流体流量通过流量传感器23的通路期间，测量流动速度。在测量周期中的第四步之后，系统能够返回到图5A的非测量状态，或者其能够通过开始另一个测量周期而继续测量。在通过开始另一个测量周期而继续测量的情况下，系统将返回到图5B的状态 。在图2和图4的实施方案中，在测量周期的各个步骤期间，使用多个阀生成正确的流体连接。代替该多个阀，能够使用具有多个入口和出口的阀，例如旋转阀。例如，更够用在根据本发明的系统中的该类型的合适的阀为Vici的EMT4CSC8MWE类型。图6显示了图2的实施方案的变型。在该变型中，测量线21的流量传感器23用在控制环路中以控制反应器供给流量的流动速度。图6显示了在测量周期的第一步期间的阀设定。本领域技术人员将理解控制环路不限于该测量周期的步骤。在图6的实施方案中，每个反应器供给线设置有流量控制器Cl、C2、C3、C4。这些流量控制器为主动流量控制器，使得在实验过程中能够改变其设置，而不需要中断实验。图6的实施方案进一步包括流量控制单元50。该流量控制单元50通过数据输入连接51从流量传感器23接收流量测量数据。该数据输入连接51可以是导线，但是其也可以是无线连接。流量控制单元50通过控制连接55、56、57、58来控制流量控制器C1、C2、C3、C4的
设置。这些控制连接能够为有线连接或无线连接。流量控制器Cl、C2、C3、C4的所需设置基于流量控制单元从测量线21中的流量传感器23所接收的测量数据。在图6的实施方案的变型中，一个或多个流量传感器设置在流量控制器的下游和反应器的上游。这些流量传感器能够相对于实际流动速度提供反馈到流量控制单元50的反馈数据。通过该反馈数据，能够更加精确地控制流动速度。图7显示了图4的实施方案的变型。在该变型中，测量线21的流量传感器23用在控制环路中以控制反应器供给流量的流动速度。
图7显示了在测量周期的第一步期间的阀设置。本领域技术人员将理解控制环路不限于该测量周期的步骤。与图6的实施方案相似，在图7的实施方案中每个反应器供给线具有流量控制器C1、C2、C3、C4。这些流量控制器为主动流量控制器，使得在实验过程中能够改变其设置，而不需要中断实验。虽然图7显示了流量控制器设置在测量线入口的上游，其也能够设置在测量线出口的下游。还可以想象到，其设置在测量线的入口和出口之间的反应器供给线的部分中。图7的实施方案进一步包括流量控制单元50。该流量控制单元50通过数据输入连接51从流量传感器23接收流量测量数据。该数据输入连接51可以是导线，但是其也可以是无线连接。流量控制单元50通过控制连接55、56、57、58来控制流量控制器C1、C2、C3、C4的
设置。这些控制连接能够为有线连接或无线连接。流量控制器Cl、C2、C3、C4的所需设置基于流量控制单元从测量线21中的流量传感器23所接收的测量数据。在根据本发明的系统和方法的实施方案中，其中现有的控制环路使用测量线21中流量传感器23的测量数据，比如在图6和图7中所示的那些数据，流量控制单元能够将不同流量的测量数据进行比较。在该情况下，在反应器供给线中的流量控制器的设置能够调节，从而获得反应器供给流量的流动速度的所需比率。图8显示了图2的实施方案的另一个变型。在该实施方案中，第二流量传感器11设置在公共供给线12中，在测量线21的入口 22的上游。第二流量传感器23测量组合供给流量的流动速度。组合供给流量具有的流动速度大于反应器供给流量的流动速度。因此，相比于反应器供给流量，能够更加容易且更加精确地测量组合供给流量。只需要单一流量传感器来测量组合供给流量，其控制了成本，或者允许投入更加昂贵、更高质量的流量传感器。除了来自第一流量传感器23的测量数据，可以使用来自第二流量传感器11的测量数据。例如，第一流量传感器23 (在测量线21中的流量传感器)能够仅用来确定反应器供给流量的流动速度比率，同时基于该比率和所测量的组合供给流量的流动速度来计算反应器供给流量的流动速度的绝对值。例如，如果用第一传感器23确定第一反应器供给流量到第四反应器供给流量的流动速度的比率为1:2:1:1，并且测量的组合流动速度为50毫升每分钟，那么可以推断出在第一反应器供给线、第三反应器供给线和第四反应器供给线中的流动速度为10毫升每分钟，同时在第二反应器供给线中的流动速度为20毫升每分钟。由于第二流量传感器的测量范围可以为在工业中更常用到的测量范围，因此除了第一流量传感器，使用第二流量传感器的优势在于，相比于第一流量传感器，第二流量传感器可以为更常规的流量传感器。另外，能够测量低流动速度通常涉及在流量传感器设计中的妥协，例如，使得流量传感器的坚固性降低、可靠性降低、稳定性降低或者精确性降低。通常第二流量传感器将不具有该设计妥协。由于测量不仅依靠必须能够测量小流量的流量传感器，因此第二流量传感器的设置使其能够得到反应器供给流量的流动速度的准确、可靠的测量。能够通过第二流量传感器得到组合供给流量的流动速度的精确测量，同时第一流量传感器仅用于确定反应器供给流量的流动速度之间的比率。显然第二流量传感器11还能够用在根据本发明的系统和方法的其他实施方案中。在图8的实施方案中，已经设置了测量流体源10的质量的质量计14。质量计14可以为其上放置流体源10的简式天平(simple balance)或负荷传感器(load cell)。通过在实验过程中监控流体源的质量随着时间的减少，其能够计算组合供给流量的质量流动速度。在公共供给线12中能够使用质量计来代替第二流量传感器，或者将质量计加到公共供给线12中。本领域技术 人员将很清楚，当使用质量计14来代替第二流量传感器11时，能够得到与在使用第二流量传感器11时同样的优势。在图8的变型中，设置了另外的流体源10*。该另外的流体源10*向反应器R1、R2、R3、R4提供了第二反应流体。该另外的反应流体可以为气体、液体或气体和液体的混合。显然，另外的流体源10*还能够应用在根据本发明的系统和方法的其他实施方案中。也显然，在任意实施方案中可以存在第二流量传感器11或另外的流体源10*中的一个。图9显示了图2的实施方案的另一种变型。在该实施方案中，在测量线21上存在多个流量传感器23a、23b、23c。流量传感器23a和流量传感器23b串联设置。流量传感器23a具有第一测量范围，而流量传感器23b具有不同于流量传感器23a的第一测量范围的第二测量范围。在这种方式下，能够随着增加的范围测量流动速度。流量传感器23b和流量传感器23c并联设置。设置了阀24a、24b、24c、24d以便指引流体流量通过流量传感器23b或通过流量传感器23c中的一个。在该实例中，流量传感器23b和23c相同或至少相似。如果在图9中所示的情况下流量传感器23b在实验过程中发生故障，那么可以打开阀24a和24b并且关闭阀24c和24d，使得流体流过传感器23c。通过这种方式，实验和测量不必由于流量传感器23b的故障而被中断。甚至可以替换流量传感器23b而不需要中断实验的测量。显然可以并联和/或串联设置更多个流量传感器，或者可以使用仅串联的流量传感器或仅并联的流量传感器。也显然具有多个流量传感器的测量线能够应用在根据本发明的系统和方法的任意实施方案中。图10显示了图2的一种变型，其中设置了附加流体源110。附加流体源110通过附加公共供给线112以及附加反应器供给线105、106、107、108连接到反应器Rl、R2、R3、R4。在附加反应器供给线上，存在阀115、116、117、118。图10的实施方案还包括附加测量线121和附加流量传感器123。附加测量线具有单一入口 122，和分支 125、126、127、128，阀 135、136、137、138 以及出口 130、131、132、133。出口 130连接到附加反应器供给线105，出口 131连接到附加反应器供给线106，出口 132连接到附加反应器供给线107，以及出口 133连接到附加反应器供给线108。附加流体源、附加公共供给线、附加反应器供给线、附加测量线、附加流量传感器以及相关联的阀的子系统使得其能够供应第二流体至反应器。也允按照本发明的方式测量该第二流体的反应器供给流量的流动速度。图10的子系统也能够结合本发明的其他实施方案而使用。另外或作为图10中所述的子系统的替代，也可以基于图4的实施方案来设计用于第二流体的附加的子系统。图11显示了一个实施方案，其中根据本发明的测量线223用来测量离开反应器Rl、R2、R3、R4的流出物流的流动速度。在该实施方案中 ，每个反应器R1、R2、R3、R4已经设置有流出物导管206、206、207、208。例如，流出物导管将离开反应器的流出物带到分析器、或带到样本收集容器(用于后续的离线分析)、或带到将反应器流出物指引至分析器或废弃物的选择阀。在该实施方案中，已经设置了流出物测量线221。在流出物测量线221中，已经设置了流出物流量传感器223。阀215、216、217、218设置在流出物测量线221的入口分支245、246、247、248的入口 222a、222b、222c、222d处。阀235、236、237、238设置在流出物测量线221的出口分支225、226、227、228 的出口处。当流出物流的流动速度的测量为所需时，设置阀使得一个流出物流重新定向，从而其绕过流出物导管的部分并且通过流出物测量线221。过了一段时间后，改变阀设置，使得另一个流出物流得以导向通过流出物测量线221，而先前重新导向的流量再流过全部流出物导管。在测量周期中，全部流出物流的流动速度被测量一次。流出物测量线221与图4和图5所描述的反应器上游的测量线21用基本上相同的方法来应用。能够进行如图10中所示的流出物的流动速度的测量，而不管用于反应器供给的提供的反应器上游的构造。图12显示了一种构造，其中测量线21的出口没有连接到反应器供给线，而是直接地连接到反应器R1、R2、R3、R4。图12基于图2的实施方案，但是也在本发明的其他实施方案中，测量线的出口能够直接地连接到反应器。
权利要求
1.用于测量并联反应器的流体流量的流动速度的系统， 所述系统包括: -多个反应器，所述反应器中的每一个具有反应器入口， -公共供给线， 所述公共供给线具有用于接收来自流体源的流体的公共供给线入口，以及至少一个公共供给线出口，所接收的流体形成了组合供给流量， 所述公共供给线适用于将来自所述公共供给线入口的所述组合供给流量输送到出口中的所述公共供给线出口， -多个反应器供给线，所述反应器供给线用于接收反应器流体流量以及用于将所述反应器流体流量输送至所述多个反应器中的至少一个，所述反应器流体流量为来自所述公共供给线的所述组合供给流量的一部分，每个反应器供给线在公共供给线出口和所述反应器的反应器入口之间延伸， -测量线，所述测量线具有多个测量线出口，所述测量线出口中的每一个连接到所述反应器供给线中的一个或连接到所述反应器中的一个， 并且所述测量线具有连接到所述公共供给线的一个测量线入口或者具有多个测量线入口，所述测量线入口中的每一个连接到所述反应器供给线中的一个， -第一流量传感器，所述第一流量传感器在所述测量线中，用于测量通过所述测量线的流体流量的流动速度，以及 -阀系统，所述阀系统包括一个或多个阀以及用于控制所述一个或多个阀的阀控制单 元， 所述阀系统设置为和/或适应于使得所述阀系统能够承担测量设置，其中所述阀重新定向反应器供给流量中的一个，使得所述反应器供给流量流过所述测量线。
2.根据权利要求1所述的系统， 其中所述系统进一步包括: -流量控制器，所述流量控制器在每个反应器供给线中，以及 -流量控制单元，所述流量控制单元适应于控制反应流体流过在所述反应器供给线中的所述流量控制器的流动速度，所述控制基于所述第一流量传感器的测量。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述阀系统适应于顺序地重新定向通过所述测量线的所有反应器供给流量。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述系统进一步包括用于测量所述组合供给流量的流动速度的第二流量传感器，所述第二流量传感器设置在所述公共供给线中。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述第一流量传感器和/或所述第二流量传感器为基于飞行时间原理。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述系统进一步包括质量计，所述质量计设置为使得所述质量计测量所述流体源的质量和/或在所述流体源的质量中的任意变化。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述反应器供给线中的每一个设置有流量控制器，并且其中所述测量线具有单一测量线入口，并且其中所述测量线出口连接到所述流量控制器的反应器供给线的上游，并且所述测量线入口连接到所述公共供给线。
8.根据权利要求1-6中的任意一项所述的系统， 其中所述反应器供给线中的每一个设置有流量控制器，并且其中所述测量线具有多个测量线入口，并且其中所述测量线入口和所述测量线出口均连接到所述流量控制器的反应器供给线的下游。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述测量线的至少一个出口连接到反应器。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中至少一个流量控制器包括温度控制的毛细管、质量流量控制器或科里奥利流量控制器。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的系统， 其中所述系统进一步包括: -多个流出物导管，每个流出物导管连接到反应器用于接收来自所述反应器的所述流出物，以及用于输送所述流出物离开所述反应器， -流出物测量线，所述流出物测量线具有多个流出物测量线入口，所述流出物测量线入口中的每一个连接到流出物导管中的一个， 并且所述流出物测量线 具有多个流出物测量线出口，所述流出物测量线出口中的每一个连接到所述流出物导管中的一个， -流出物流量传感器，所述流出物流量传感器在所述流出物测量线中，用于测量通过所述流出物测量线的所述流体流量的流动速度，以及 -流出物阀系统，所述流出物阀系统包括一个或多个阀以及用于控制所述一个或多个阀的阀控制单元， -所述流出物阀系统设置为和/或适应于使得所述流出物阀系统能够承担测量设置，其中阀重新定向流出物流量中的一个，使得所述流出物流量中的一个流过所述流出物测量线。
12.用于测量并联反应器的流体流量的流动速度的方法， 所述方法包括以下步骤: -设置根据权利要求1的系统， -将组合供给流量供应到公共供给线的入口， -将所述组合供给流量分布在反应器供给线上，随后将所述组合供给流量分为多个反应器流体流量， -将每个反应器流体流量输送到反应器， -进行流动速度测量，所述流动速度测量包括以下步骤: -控制阀或多个阀的设置，使得反应器流体流量转向，从而使反应器流体流量流过测量线， -测量该转向的反应器流体流量的流动速度， -将所述转向的反应器流体流量供应到反应器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤: -改变所述阀或所述多个阀的设置，使得转向的反应器流体流量不再转向通过所述测量线， -改变所述阀或所述多个阀的设置，使得另一个反应器流体流量转向，从而使所述另一个反应器流体流量流过所述测量线， -测量该转向的反应器流体流量的流动速度， -将所述转向的反应器流体流量供应到反应器， -对于所有反应器流体流量重复测量周期的上述步骤。
14.根据权利要求13所述的方法， 其中所述方法进一步包括以下步骤: -确定在不同的反应器流体流量的流动速度之间的差别， -使用根据权利要求2中的流量控制单元，控制通过所述反应器供给线的所述反应器流体流量的流动速度，所 述控制基于所确定的在反应器流体流量的流动速度中的差别。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量并联反应器的流体流量的流动速度的系统，包括公共供给线，多个用于接收反应器流体流量的反应器供给线-测量线，以及阀系统，所述阀系统包括一个或多个阀以及用于控制所述一个或多个阀的阀控制单元，所述阀系统设置为和/或适应于使得所述阀系统能够承担测量设置，其中所述阀重新定向反应器供给流量中的一个，使得所述反应器供给流量流过所述测量线。
文档编号G01N31/10GK103228350SQ201180048107
公开日2013年7月31日 申请日期2011年10月3日 优先权日2010年10月7日
发明者R·H·W·莫内恩 申请人:阿凡田控股有限公司