蒸汽流量控制

日常生活中我们被蒸汽包围。通过呼吸、视觉或触觉，我们感知它的存在。另一个明显的例子是水蒸气，它是我们家中空气的一部分。如果空气遇到较冷的表面（例如窗户）就会很明显。所含的水蒸气可能会凝结在窗玻璃上，并像液体一样变得可见和可触摸。

工业过程和实验室中，蒸汽也发挥着作用。什么是蒸汽？蒸汽用于哪里？以及如何以受控的方式将蒸汽输送到此类过程中？

了解蒸汽流量控制的更多信息

什么是蒸汽？
如何产生蒸汽？
为什么使用蒸汽？
使用起泡器的传统蒸汽流量控制
通过受控蒸发混合改进蒸汽流量解决方案
对于蒸汽流量应用：避免冷凝
蒸汽流量应用案例

什么是蒸汽？

蒸汽与气体相似-气体是物质的基本状态，就像固体和液体一样。气体和蒸汽由单独的分子组成，它们以自由粒子的形式移动。气体和蒸汽之间有本质的区别。如果化合物在室温（约20℃）和常压（1个大气压）下是液体，那么我们将该化合物的“气态”形式称为蒸汽。这就是为什么我们称水的“气态”形式为蒸汽，而氧气的气态形式是气体，因为氧气在环境条件下仍然是气体。

如何产生蒸汽？

当提高温度或降低压力时，液体会蒸发并转化为蒸汽。在分子水平上，液体表面的任何温度下，总有分子具有足够的速度离开液体。因此，在液体上方总是存在相同液体的蒸汽。蒸发发生在任何温度下，而不仅仅是在液体的沸腾温度下。沸腾温度只是一个定义：它是液体蒸汽压等于环境压力的点。

操作温度和压力是控制蒸汽压的两种方法，因此是控制蒸汽量或-在动态情况下-蒸汽流量。控制蒸汽压力的第三种方法（实际上是降低蒸汽压）是稀释蒸汽，例如在蒸汽中加入惰性气体（如氮气）。

为什么使用蒸汽？

在某些情况下，您可能希望以受控方式将蒸汽添加到工艺中。例如，考虑燃料电池-PEMFC-其中的电解质需要处于水合状态（加湿）以保持高电导率，从而获得优化性能。阅读应用案例获得更多相关信息，您可能希望为湿度传感器的校准和认证提供准确的水蒸气浓度，以便设备显示正确的湿度值。

另一种类型的蒸汽输送是受控地向反应器供应金属有机蒸汽。气态化合物在化学气相沉积反应中充当前体，在物体上沉积薄层，例如沉积半导体薄膜。准确的蒸汽供应是必要的，以准确控制涂层生长-即使在复杂形状的物体上-并避免溢出昂贵的金属有机前体。

使用起泡器的传统蒸汽流量控制

将蒸汽输送到客户工艺的传统方法是使用起泡器系统。气流通过充满液体化合物的加热容器冒泡。载气流完全或部分被复合蒸发饱和，并且该蒸汽由载气进一步引导至客户的工艺流程。这是非常简单的设置，可以多功能使用，但也有一些缺点。工艺条件的微小变化可能会使蒸汽流量发生较大变化，使其成为一种相对不准确的输送技术，长期稳定性较差。由于蒸汽压很大程度上取决于容器温度，因此温度的轻微变化将导致蒸汽压和蒸汽流量的相当大的偏差。此外，总压力和载气流量需要稳定，才能产生稳定的蒸汽流量。蒸汽流量解决方案在很大程度上依赖于温度和压力。

通过受控蒸发和混合改进蒸汽流量解决方案

克服上述障碍的一种方法是利用CEM（受控蒸发和混合）系统进行蒸汽输送。在蒸汽系统中，气体质量流量控制器（例如EL-FLOW Select系列）提供准确受控的载气流量，而液体流量计（例如mini CORI-FLOW 或 LIQUI-FLOW）测量要蒸发的液体的流量，例如从室温加压液体容器中抽取。液体控制阀也可用作三通执行器，其任务是将微小的液滴与载气混合。

完整的CEM可通过外部读数/控制单元（包括电源）进行监控，也可使用Bronkhorst软件（如Bronkhorst Flowsuite）来监控CEM系统组件。CEM是蒸汽输送模块，在许多方面都优于起泡器。运行过程不受压力和温度影响，因为气体和液体流量由质量流量控制器控制，质量流量仪表的高精度和高重复性确保摩尔比的准确控制。准确的质量流量控制为蒸发器的蒸汽输出提供了良好的稳定性。将液体流直接注入载气流中，可更好地分散液体分子在气体中的分布，缩短响应时间。

蒸发室设计有产生湍流的内部几何形状，增强气液混合物的均匀性。此外还用于加热引入气流的细小液滴，促进其蒸发。

使用Fluidat on the Net软件可轻松确定液体的质量流量。还可计算相对湿度（%RH）和摩尔浓度，便于优化Bronkhorst CEM蒸发系统。

蒸汽流量应用：避免冷凝

通过增加压力或降低温度，蒸汽可相对容易地转为液体-干燥气体中不行。处理蒸汽的一大挑战是防止冷凝，因其会导致液滴，破坏或损害正在进行的过程。

因此，在不改变系统压力的情况下，保持CEM以外的温度始终高于CEM内部的温度并高于露点温度。或者，在不改变温度的情况下，将CEM以外的压力保持在CEM内部的压力以下。

蒸汽流量应用案例

使用CEM系统的蒸汽输送通常发生在表面处理、食品和饮料行业、制药应用、材料研究和测试以及环境研究等应用中。