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发布于2023.11.11 浏览量:238 作者:智子智能
先进制造 | 在流程工业,如何让反应釜“大显身手”?



导语:近年来,工业化产品对材料性能的要求不断提高,为满足非标产品的制备要求,反应釜被广泛应用在材料制备、有机合成等领域,在流程工业扮演着重要的角色。

在精益生产模式下,高温高压反应釜作为一种通用性较强的化工设备,通过控制反应条件,高效完成工艺流程下的化学反应,从而制备出高质量产品。该设备不仅在热搅拌混合、提纯、水解、缩聚、浓缩、硫化及烃化等工艺上有着成熟的应用,还在脱水、包覆等反应中发挥着重要作用。 然而,流程工艺各式各样,对设备的结构材质也有着直接影响,如何选择契合工艺的反应釜,是企业在精益生产路上必然会遇到的难题。

 

一、应用选型 

根据工况,对反应釜进行工艺流程和过程参数的优化设计,并着重对以下几点进行考量: 

1、资质:厂家需具备生产“高温高压反应釜”的相关资质,并交由第三方特检机构检测,出具报告。

2、压力:根据工艺参数来设计承压范围,选用安全阀或泄爆片进行安全保护。

3、温度:大多数高温反应釜都需要高压力来应对反应介质的高饱和蒸气压,因此我们可采用夹套或盘管热交换的方式,确保反应的稳定性。

4、传动:由于高温高压反应釜主要为搅拌要求,转速相对较慢,可根据压力和介质要求,选用机械密封搅拌和磁力驱动搅拌等方式。

5、材质:考虑到反应介质的特殊性,可选择搪玻璃、钢衬塑、不锈钢及钛等釜体材质。

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▲ 表为各类型材质和反应条件的关系

 

二、关键部件 

反应釜主要由釜体、传动、加热/冷却、自动控制及安全防呆等部分组成。其中,加热/冷却和传动为反应釜的核心部分,对反应性能和速率起着关键性影响。

(一)加热/冷却

结合反应类型(吸热/放热反应)和工艺时间进行热交换量模拟计算,并决定反应釜的热交换类型。基于不同的工艺需求,选择相对应的处理方式:

1、工艺中存在加热和冷却两种情况,可考虑双盘管或内外盘管。

2、对于较高的热交换效率需求,可考虑分段进出的方式。

3、反应过程需频繁加热和冷却,可选用双釜冷热交替工作。

4、针对温度均匀性较高的场景,可考虑外置循环加热器。

(二)传动

高温敞开式的反应釜一般采用直联式传动结构,并配置长联轴器,实现更好的散热效果。同时,采用填料和机械密封的轴封方式,防止介质受到污染。

对于有高压或高真空要求的工艺需求,可采用磁性连联器密封,其磁流体密封能有效防止泄漏情况,但磁性联轴器也需有冷却液降温,保证其处于正常的工作温度范围以内。

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三、反应釜控制 

(一)传动保护

一方面,通过声纹检测来实时监测设备状态,做到预测性维护。另一方面,记录传动轴温升曲线,并将各工艺段的温度参数,保存在配方管理系统当中,建立企业数据库,便于异常预警管理。

(二)工艺辅助

因粘度、密度等参数变化难以被直接检测,我们可通过电流、扭矩及绕组温度曲线,辅助判断物料参数的异常情况。

(三)压力控制

通过饱和蒸气压与升温速度联锁控制,防止冷却器出现“过流”现象,减少材料浪费。针对脱水反应中的高温高压控制,将压力控制在所规定的范围内,提升加热效率。 

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(四)自动控制系统

常规的加热/冷却需求可直接使用PID或双PID控制调节,但面对相对复杂的工况,则需要使用串级控制算法才能满足工艺需求,以下是常见的应用场景:

1、在温升均匀的情况下,可计算出热交换器的开阀时间或电加热器的输出功率。

2、针对温升率可控的需求,可通过时间温度双闭环控制算法,实现两者的交叉计算。

3、对于温度滞后性较强的情况,通常采用经验值算法。

4、系统可满足多段温度范围的配方曲线控制。

5、为防止冷热冲击、水锤等情况发生,可采用调节阀或电加热进行斜坡控制。

 

工业创新,材料先行。在流程工业当中,各种材料性能和制备工艺复杂繁多,广东智子将秉持“给机械以生命,给科技以智慧”的理念,提升自动化设备的制备效能,赋能产业高速发展!


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