Comment les régulateurs de débit massique soutiennent les procédés de fabrication en continu dans l'industrie pharmaceutique?

Découvrez pourquoi le régulateur de débit massique Coriolis est la solution adaptée pour doser les excipients pharmaceutiques.

Anthony O'Keeffe
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Un client qui nous avait contactés pour l'aider à doser des excipients pharmaceutiques avec la plus grande précision possible est à l'origine de mon intérêt pour l'adoption de la fabrication en continu par l'industrie pharmaceutique. Ce client prévoyait l'installation d'une unité de fabrication pharmaceutique en continu.

Procédé de fabrication par lots

Traditionnellement, la plupart des produits pharmaceutiques destinés à l'homme sont fabriqués dans un procédé de traitement par lots, étape par étape, avec des tests complets entre les étapes afin d'assurer la constance de la qualité et l'efficacité du médicament.

La fabrication de produits pharmaceutiques est un procédé strictement réglementé, avec des organismes gouvernementaux chargés d'inspecter et d'approuver les procédés et les sites de production des médicaments. En 2016, aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) a autorisé, pour la première fois de son histoire, un fabricant à passer du procédé de fabrication par lots traditionnel à un procédé de fabrication en continu.

Procédé de fabrication en continu

La fabrication en continu est une technologie innovante qui a le potentiel de transformer le mode de fabrication des médicaments à l'avenir. Des améliorations apportées à la technologie analytique des procédés ont permis d'automatiser et de rationaliser ce qui était jusqu'alors des procédés de fabrication étape par étape laborieux. Il est désormais possible de mélanger les ingrédients avec précision dans un réacteur continu, de surveiller soigneusement et de contrôler la vitesse de réaction, et d'atteindre un rendement plus élevé que ce qui était possible il y a 10 ans à peine.

Les débits de liquide de ces nouveaux systèmes de procédés continus sont bien moins importants que ceux des anciens procédés de traitement par lots. Les laboratoires, qui mesuraient leurs débits en tonnes par heure, opèrent désormais à des débits qui se comptent en kilogrammes par heure (kg/h), voire, dans certains domaines, en grammes par heure (g/h), ou à des débits volumiques mesurés en ml/h.

Quand utiliser la fabrication en continu ?

Les nouveaux médicaments ont tendance à être destinés à des maladies moins répandues et n'exigent pas les grandes quantités d'ingrédients pharmaceutiques actifs fabriquées dans le passé. La fabrication pharmaceutique en continu est la solution idéale pour produire ces nouveaux médicaments.

Étant donné que Bronkhorst offre la gamme de débitmètres et de régulateurs massiques et volumétriques à faible débit la plus vaste du marché, le client nous a sélectionnés et chargés de trouver la meilleure solution de contrôle et de surveillance du débit pour ce nouveau procédé.

La solution : les régulateurs de débit massique Coriolis

Le client avait besoin d'un procédé souple, en mesure de surveiller et de réguler le débit des différents fluides et de s'adapter automatiquement à toute variation de pression ou perturbation. Le client avait en outre besoin d'un enregistrement exhaustif des données de débit en temps réel et de capacités de contrôle via son système de commande DCS.

Après un examen attentif des besoins du procédé, nous avons suggéré que la solution idéale aux strictes exigences de régulation du débit du procédé de fabrication pharmaceutique en continu serait de combiner notre régulateur de débit massique mini CORI-FLOW avec une pompe à engrenages.

SKID avec pompe et débitmètre Coriolis

Le facteur décisif pour l'utilisation du régulateur de débit massique mini CORI-FLOW ont été ses caractéristiques :

  • Mesure directe du débit massique, indépendamment des propriétés du fluide
  • Capacité de mesurer la densité et la température
  • Capacité d'opter pour la mesure du débit volumétrique
  • Haute précision, excellente reproductibilité
  • Design compact avec régulateur PID autonome intégré pour une régulation rapide et stable
  • Compatibilité avec une large plage de débits
  • Technologie numérique permettant l'interface avec les systèmes DCS utilisant Profibus
  • Acier inoxydable résistant aux produits chimiques et hastelloy pour les pièces en contact avec le fluide
  • Boucle de régulation fermée permettant une réponse rapide avec le contrôle direct de la pompe pour modifier les conditions du procédé
  • Associé à notre régulateur de pression IN-PRESS, le système offre une régulation du débit et de la pression plus souple pour certaines parties cruciales du procédé.
  • Tous les paramètres pouvant être enregistrés, cette technologie offre par conséquent une excellente traçabilité du procédé.

Vous pouvez obtenir plus d’informations en téléchargeant notre brochure (en anglais) sur la fabrication pharmaceutique en continu: « Continuous Pharmaceutical Manufacturing ».

Comment une approche holistique basée sur le big data contribue à optimiser les débitmètres massiques utilisés dans les laboratoires de R&D?

Comment le big data est utilisé pour améliorer la technologie des débitmètres massiques et maintenir « l'intelligence » des appareils.

Erik Tiemensma
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Chez Bronkhorst, nous surveillons l'évolution du big-data dans le monde du numérique d'aujourd'hui et constatons qu'il touche également le domaine de la mesure de débit. La quantité de données et la vitesse de leur transmission continuent d'augmenter et des débitmètres numériques sont employés dans un éventail d'applications toujours plus large, comme dans les universités et les instituts de recherche et développement.

Les débitmètres massiques thermiques sont des instruments bien connus dans ce domaine. Ils mesurent le débit massique des gaz en employant une combinaison d'éléments chauffés et de capteurs de température, et des principes thermodynamiques pour calculer le débit réel. Les débitmètres massiques ont besoin d'une correction limitée pour les changements de température, de pression ou de densité, et sont extrêmement précis, en particulier lors de la mesure des bas et très bas débits, et leur coût n'est plus considéré comme élevé.

Au fil des ans, nous avons pu observer les améliorations de la technologie, des simples débitmètres à section variable d'hier aux appareils de mesure intelligents d'aujourd'hui, tels que le débitmètre massique EL-Prestige de Bronkhorst. Bronkhorst s'est servi du big data pour améliorer la technologie des débitmètres massiques et s'en sert encore aujourd'hui pour maintenir « l'intelligence » des appareils. L'amélioration de la technologie des appareils permet de sélectionner les caractéristiques du gaz telles que sa densité et sa capacité calorifique, et d'ajuster automatiquement les valeurs de mesure aux influences de l'environnement pour une stabilité durable du capteur, ce qui aura un effet direct sur le rendement du procédé.

De nombreux paramètres tels que la température et la pression ont une influence sur la précision, la stabilité et la reproductibilité d'un débitmètre massique ou d'un régulateur de débit massique. Ces conditions sont très importantes pour la recherche en laboratoire.

En outre, étudier l'influence d'autant de gaz que possible sur une durée limitée nécessite que les réglages et le changement d'un gaz à un autre soient rapides, pour des temps d'arrêt aussi courts que possible. Un appareil multi-gaz/multi-gammes peut faire la différence en offrant la possibilité d'utiliser différents gaz dans différentes conditions de travail avec un seul appareil.

régulateur de débit EL-Flow Prestige

Pour ceux d'entre vous qui s'intéressent à la façon dont nous avons utilisé le big data pour optimiser notre débitmètre massique thermique EL-FLOW Prestige, nous avons rédigé un livre blanc qui contient des informations détaillées sur les facteurs les plus déterminants et leur impact sur la précision, la stabilité, la linéarité et la correction de pression.

Télécharger le livre blanc (en anglais) sur le régulateur de débit massique EL-FLOW Prestige

Contrôler une pompe à l'aide d'un régulateur de débit massique peut optimiser la couleur du détergent

Découvrez comment le contrôle d' une pompe à l'aide d'un débitmètre massique Coriolis permet de doser des colorants liquides de manière appropriée.

Ron Tietge
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Les régulateurs de débit massique avec le contrôle d’une pompe offrent des solutions uniques de dosage précis pour les produits chimiques ménagers tels que les détergents et les produits de nettoyage.

Utiliser le contrôle de la pompe pour doser les colorants non dilués

Les grandes entreprises de produits ménagers du monde entier utilisent des colorants liquides pour ajouter de la couleur à leurs détergents, à leurs produits de lavage et de nettoyage. Les colorants sont très concentrés et, souvent, une petite quantité suffit pour donner la bonne couleur au produit fini.

Les deux exigences les plus importantes sont par conséquent :

  • La reproductibilité : l'uniformité de la couleur du produit final est d'une importance capitale, car chaque flacon doit être de la même couleur. Le dosage de la couleur doit donc être d'une régularité invariable.
  • L'exactitude : les colorants ayant tendance à ne pas être bon marché, un dosage précis du colorant est fortement souhaitable.

Comment doser ces colorants liquides de manière appropriée ?

La première solution qui vient à l'esprit consiste à utiliser une pompe pour doser le colorant. Cette manière de doser n'est cependant pas très précise, du moins pas pour cette application. Associer une pompe à un régulateur de débit massique Coriolis vous permettra de contrôler la pompe et par conséquent, le dosage, de manière beaucoup plus précise.

Débitmètre Coriolis et pompe

Comment fonctionne le contrôle de la pompe ?

Le débit généré par une pompe est un débit volumétrique, avec toutes les caractéristiques que cela implique. La précision dépendra fortement des propriétés du fluide, et le débit dépendra de la température et de la pression. En outre, la plupart des pompes ne peuvent pas gérer une fluctuation de la contre-pression, car cela entraîne une instabilité et d'importantes déviations du débit.

Une méthode pour améliorer l'exactitude consiste à mesurer le débit de la pompe avec un débitmètre massique Coriolis, puisque ces instruments mesurent le véritable débit massique (en kg/h, g/h, etc.). La sortie du débitmètre est souvent reliée à un régulateur PID qui corrige la fréquence de rotation (tr/min) de la pompe. L'un des inconvénients de cette méthode est que le débit d'une pompe n'est pas stable, ce qui oblige à filtrer le signal de sortie, qui subit par conséquent un ralentissement. Parce que ce signal est aussi utilisé comme signal de commande, la réponse et le contrôle seront ralentis.

Utiliser un régulateur de débit massique Coriolis pour contrôler la pompe

Pour éviter cela, vous pouvez utiliser un débitmètre massique Coriolis avec régulateur PID intégré et signal de commande séparé pour contrôler la vitesse de la pompe. Parce que ce signal de commande, contrairement au signal de sortie, ne subit pas l'interférence du filtre, la combinaison du débitmètre et de la pompe peut atteindre une stabilité et une vitesse de contrôle sans équivalent. En cas de changement de la contre-pression, le débit est immédiatement corrigé par une accélération ou un ralentissement presque instantané du fonctionnement de la pompe, ce qui assure le maintien de la précision requise.

Cette méthode de mesure du débit est indépendante des propriétés des fluides, et il n'est donc pas nécessaire de recalibrer ou de faire appel à des facteurs de conversion en cas de changement de liquide.

Contrôle de la pompe à bas débit

Dans notre exemple de dosage de colorants liquides, un régulateur de débit massique Coriolis à débit (ultra) faible permet de doser du colorant non dilué. Il devient dès lors superflu de mélanger le colorant avec de l'eau pour créer un débit suffisamment élevé. Non seulement le colorant non dilué est beaucoup plus concentré et donc, d'une qualité bien meilleure que les mélanges avec de l'eau, mais il est également possible d'économiser l'eau et d'éviter le développement d'algues à l'intérieur de l'équipement.

Vous voulez en savoir plus?

Vous pouvez consulter nos systèmes de dosage liquide sur notre site.

Comment réguler et mesurer le débit d’un fluide supercritique?

Comment mesurer et régulaer le débit d'un fluide supercritique comme le CO2?

Mickaël Soobaroyen
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Je travaille au sein de la société Bronkhorst France depuis plus de 10 ans et il faut bien avouer que le métier de l’instrumentation m’amène, encore aujourd’hui, à découvrir un grand nombre d’applications dans des secteurs variés tels que l’industrie chimie, l’industrie environnementale ou les domaines de la recherche pour lesquels des solutions de régulation et de mesure de débit s’avèrent généralement essentielles. Parmi ces applications, celles qui emploient des fluides supercritiques sont souvent complexes du fait même de l’état de ces fluides.

C’est lors d’une visite que j’ai rencontré Jérémy Lagrue, dirigeant et fondateur de SFE PROCESS avec qui je discutais de l’utilisation des débitmètres Coriolis dans les procédés de CO2 supercritique.

Qu’appelons-nous un « fluide supercritique » ?

A titre d’exemple, le CO2 supercritique se réfère au dioxyde de carbone qui, à l’état de fluide, est soumis à une température et à une pression égales ou supérieures à leur point critique et dont ces conditions lui confèrent des propriétés plutôt inhabituelles. La densité, la viscosité et la diffusivité du fluide sont alors intermédiaires entre celles de la phase liquide et celles de la phase gazeuse.

Le CO2 supercritique dans les procédés d’extraction

Selon moi, le plus connu des fluides supercritiques est le CO2 supercritique. Ce fluide est un important solvant commercial et industriel en raison de son rôle dans l’extraction chimique, sa basse toxicité et son faible impact sur l’environnement.

On peut retrouver le CO2 supercritique dans les procédés d’extraction d’algues, des huiles , des arômes et des principes actifs. Il est également utilisé dans les techniques de fractionnement pour les boissons fermentées, la désodorisation de corps gras dans le domaine de la cosmétique et les procédés de purification des polymères.

Ce fluide inerte est intéressant car il atteint sa phase supercritique à une pression (73.8 bara) et une température (31.1°C.) relativement faibles. La basse température du procédé et la stabilité du CO2 permettent d’extraire la plupart des composés avec peu de dommage ou de dénaturation.

Le dioxide de carbone se comporte habituellement comme un gaz à la température et à la pression standard (STP) ou comme un solide appelé carboglace ou glace sèche lorsqu’il est gelé. Si la température et la pression sont toutes deux augmentées et passent du STP au point critique du CO2, il peut adopter des propriétés à mi-chemin entre celles d’un gaz et celles d’un liquide. Plus précisément, il se comporte comme un fluide supercritique au-delà de sa température critique (31.1°C) et sa pression critique fait qu’il se dilate comme un gaz pour remplir son contenant mais avec une densité similaire à celle d’un liquide.

Mais surtout, le CO2 offre l’avantage d’être inodore, non toxique et non inflammable. Il n’altère pas le produit à extraire ou à purifier.

Diagramme fluide supercritique

Diagramme CO2 supercritique

Pour des raisons environnementales, de plus en plus d’industries tendent à utiliser le CO2 supercritique dans leur procédé puisqu’il se positionne comme une alternative aux solvants organiques. En effet, contrairement aux solvants qui sont produits à partir de pétrole, le CO2 est disponible et abondant naturellement, il est de ce fait moins coûteux. Néanmoins, il existe très peu de solutions pour le mettre en œuvre car installer un tel système reste onéreux.

Qu’est-ce que SFE Process ?

Jérémy Lagrue - fondateur SFE Process

Jérémy Lagrue - Directeur et fondateur de SFE Process

Jérémy Lagrue: “Chez SFE Process, nous travaillons sur des applications nécessitant des équipements haute pression. La spécialité de SFE Process est la production de machines et de dispositifs spécifiques pour les fluides supercritiques (comme le CO2). Nous proposons aussi des conseils, notamment en métrologie, de la maintenance et des formations. SFE Process a développé un design novateur de pompes haute pression pour les procédés de fluides supercritiques, utilisées soit pour compresser le CO2 liquide jusqu’à 1000 bar soit pour la recirculation à l’état supercritique.

Débitmètre Coriolis et pompe SFE Process

Débitmètre Mini-Coriflow et pompe SFE Process

Quel problème souhaitait résoudre SFE Process?

“Nos clients, qu’ils soient acteurs dans le secteur de l’industrie chimique, biotechnologique ou pharmaceutique, veulent injecter du CO2 dans un procédé de séparation ou de fraction des molécules. Dans le cas qui nous intéresse, l’objectif est de séparer les molécules. Pour se faire, de l’équipement spécial est nécessaire. SFE Process fabrique ce type de matériel, notamment des pompes pour générer le débit de ce fluide particulier. Ces pompes doivent répondre aux exigences de stabilité, répétabilité et de précision.”

Quelle solution SFE Process a-t-elle choisie?

“Je voulais offrir à mes clients la possibilité d’établir le bilan matière de leur procédé chimique. Pour avoir travaillé depuis longtemps avec bon nombre d’industries et de laboratoires, je connais l’importance du paramètre débit pour déterminer l’efficacité du procédé, ses coûts de production, son rendement et réaliser le passage de l’échelle laboratoire à l’échelle industrielle.”

SFE Process a une bonne expérience du CO2 supercritique mais elle avait besoin de prouver la fiabilité de l’équipement et devait garantir que l’injection de CO2 était très précise et répétable.

“La difficulté était de trouver un débitmètre fiable et précis, capable de garantir la véracité des résultats et bien sûr qui se prête parfaitement aux utilisations de CO2 supercritique. J’ai choisi le débitmètre Coriolis proposé par Bronkhorst. En plus du design, la réputation de ce débitmètre et la garantie constructeur de 3 ans ont orienté ma prise de décision et les essais effectués avec ce débitmètre m’ont confortés dans ce choix.”

Quels sont les résultats de cette solution?

“Je vois les bénéfices que le débitmètre apporte aux clients finaux : ils peuvent s’assurer de la quantité de fluide qu’ils injectent dans leur procédé. SFE process peut justifier d’une grande précision et répétabilité de la pompe à travers la mesure du débit faite par le débitmètre Coriolis. On constate l’amélioration de la précision.

J’ai intégré le débitmètre Coriolis dans tous les équipements que je propose aux utilisateurs ayant le besoin fondamental de constituer leur bilan matière et de se référer à une valeur de débit fiable.”

En savoir plus sur les Coriolis utilisés dans cette solution.

Visionner la vidéo du principe de fonctionnement de nos Coriolis.

Comment les préséries nous aident à développer des débitmètres et régulateurs de débit massiques ?

Comment Bronkhorst assure t’elle la qualité de ses produits? Découvrez le processus mis en place par la société pour atteindre cet objectif.

Mark Berenpas
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La qualité est de plus en plus importante pour les clients, mais qu'est-ce que la qualité ? En l’évoquant, certaines personnes pensent à la justesse d'un instrument, d'autres à sa reproductibilité. J'écris cet article pour vous témoigner de la manière dont la qualité est gérée chez Bronkhorst.

Comment Bronkhorst gère-t-elle la qualité ?

En tant qu'ingénieur approvisionnement chez Bronkhorst, j’ai la responsabilité du suivi de la qualité de nos composants. Avec nos fournisseurs, nous avons développé une chaîne d'approvisionnement qui repose sur la méthode d’organisation Lean Six Sigma. Le but ultime est de créer une chaîne d'approvisionnement reproductible, fidèle, un paramètre de plus en plus important pour nos clients exigeant d’avoir des composants toujours aux performances identiques. En organisant bien la chaîne d'approvisionnement, nous nous inscrivons dans le principe du « bon du premier coup », ce qui réduit le risque des changements ultérieurs.

La coopération entre le département R&D de Bronkhorst et le fournisseur qui produit l'article et assure le test qualité, est essentielle à la mise en place de cette chaîne d'approvisionnement fiable. Si vous connaissez la manière dont un produit est utilisé, vous pouvez préparer une bonne procédure de production. Si vous connaissez les caractéristiques fonctionnelles et les paramètres critiques de votre utilisation, vous savez ce que vous devez tester pour assurer la répétabilité et la reproductibilité du produit.

Processus de préséries

Une fois qu'un projet a été approuvé par une validation des principes, la production en série peut démarrer. À cette fin, Bronkhorst a mis en place un « processus de préséries ». Tous les nouveaux produits y sont soumis, y compris notre récent produit: l'ES-FLOW. Il s’agit un débitmètre/régulateur pour liquide à ultrasons mis sur le marché depuis peu. Prenons-le pour exemple.

Processus de préséries de l'ES-FLOW, débitmètre/régulateur de débit pour liquide.

Une partie importante du débitmètre/régulateur de débit pour liquide ES-FLOW est le corps en acier inoxydable de l'instrument, qui contient le capteur de mesure. Les exigences techniques de ce composant ont été spécifiées par la R&D de Bronkhorst. Les exigences importantes applicables au corps de l'ES-FLOW sont : la résistance à la pression, l’étanchéité et la longueur de l'installation.

Débitmètre liquide ES-FLOW

Le fournisseur se met ensuite au travail en procédant à un certain nombre de tests au cours de la production de manière à prouver, à lui-même et à Bronkhorst, que le corps de l'instrument et le capteur répondent à toutes les exigences.

Au cours du processus de préséries, des spécifications critiques supplémentaires sont exigées. De cette façon, nous pouvons obtenir un bon aperçu de la reproductibilité du processus et, en fonction de ces informations, la décision peut être prise de valider le produit. Ce processus s'appelle « approbation du fournisseur de produit ». Dès que l'article est libéré avec une approbation, le département des achats peut commander l'article en grandes quantités auprès du fournisseur concerné.

Les résultats d'une présérie permettent d’établir le plan des tests du composant fixant les spécifications devant être inspectées et la manière de les faire. Ces tests des produits en série sont réalisés chez le sous-traitant avant livraison.

Travailler avec des préséries permet de s'assurer que les connaissances de la R&D et du sous-traitant sont rassemblées et que l’étape des tests définissent comment et quoi mesurer. L'introduction des préséries permet à Bronkhorst et à ses fournisseurs de réduire le risque de rupture des séries et de créer une chaîne d'approvisionnement fiable. Grâce à ce processus complet, Bronkhorst est assurée de livrer des produits de grande qualité, ce qui est notre première priorité.

Processus assurance qualité Bronkhorst

Pour de plus amples informations sur nos débitmètres et régulateurs de débit à ultrasons, vous pouvez consulter sur notre site internet la série ES-FLOW™.

La mesure du débit massique dans le contrôle de l'ammoniac pour éviter les amendes

La mesure et le contrôle du débit d'ammoniac anhydre contribuent à réduire les NoX. Quel type de régulateur de débit choisir pour ces applications?

Chris King
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Contrôle de l'ammoniac anhydre pour réduire les oxydes d'azote. La réduction sélective catalytique (SCR) est utilisée depuis plusieurs années en tant que technique de réduction du niveau d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz d'échappement des chaudières ou des fourneaux. La SCR est une technologie qui convertit à l'aide d'un catalyseur les oxydes d'azote (NOx) en azote diatomique (N2) et en eau (H2O). Un agent réducteur est injecté dans le flux d'échappement à travers un catalyseur spécial. L'un des réducteurs les plus utilisés est l'ammoniac anhydre.

Un client de Bronkhorst, qui vendait et entretenait des chaudières et des pompes pour des applications commerciales et industrielles depuis plus de 50 ans, utilisait un régulateur de débit massique (MFC) qui n'était pas suffisamment fiable ou solide, et ses clients enregistraient donc des pertes de contrôle et de mesure de leurs niveaux d'ammoniac.

Débitmètre massique MASS-STREAM

Pourquoi utiliser la mesure de débit massique dans le contrôle de l'ammoniac? Dans un système de réduction des NOx, les régulateurs de débit massique servent à réguler le débit d'ammoniac anhydre dans les gaz d'échappement d'une chaudière ou d'un fourneau, où il est adsorbé sur un catalyseur. Les gaz d'échappement réagissent avec le catalyseur et l'ammoniac, qui transforment les oxydes d'azote en azote et en eau.

Des règlements nationaux et fédéraux très stricts sur la qualité de l'air indiquent les niveaux admissibles de NOx qui peuvent être libérés dans l'atmosphère et de très lourdes amendes peuvent être prononcées si ces niveaux sont dépassés. L'entreprise avait besoin de fournir une solution fiable et robuste à ses clients. L'application exigeait un régulateur de débit massique solide, aux résultats reproductibles et pouvant être employé dans des environnements industriels.

La solution de Bronkhorst a été de recommander un régulateur de débit massique utilisant la technologie CTA (anémométrie à température constante), idéale pour éviter les problèmes d’encrassement dans les applications de gaz industriels potentiellement polluées, tel que le régulateur de débit massique MASS-STREAM de Bronkhorst. Grâce à son circuit d'écoulement rectiligne, à ses capacités de mesure et de régulation fortement reproductibles et à son solide boîtier IP65, le régulateur de débit MASS-STREAM est l’instrument approprié pour les applications difficiles.

Le client a commencé à installer le MASS-STREAM pour remplacer les vieux régulateurs de débit massique (MFC) dès que ceux-ci ont montré des signes de défaillances.

Réduction sélective catalytique

Vidéo du principe de fonctionnement du MASS-STREAM