發(fā)布于2023.11.11
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作者:智子智能
導(dǎo)語：近年來，工業(yè)化產(chǎn)品對(duì)材料性能的要求不斷提高，為滿足非標(biāo)產(chǎn)品的制備要求，反應(yīng)釜被廣泛應(yīng)用在材料制備、有機(jī)合成等領(lǐng)域，在流程工業(yè)扮演著重要的角色。
在精益生產(chǎn)模式下，高溫高壓反應(yīng)釜作為一種通用性較強(qiáng)的化工設(shè)備，通過控制反應(yīng)條件，高效完成工藝流程下的化學(xué)反應(yīng)，從而制備出高質(zhì)量產(chǎn)品。該設(shè)備不僅在熱攪拌混合、提純、水解、縮聚、濃縮、硫化及烴化等工藝上有著成熟的應(yīng)用，還在脫水、包覆等反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。 然而，流程工藝各式各樣，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)材質(zhì)也有著直接影響，如何選擇契合工藝的反應(yīng)釜，是企業(yè)在精益生產(chǎn)路上必然會(huì)遇到的難題。
一、應(yīng)用選型
根據(jù)工況，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行工藝流程和過程參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并著重對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行考量：
1、資質(zhì)：廠家需具備生產(chǎn)“高溫高壓反應(yīng)釜”的相關(guān)資質(zhì)，并交由第三方特檢機(jī)構(gòu)檢測(cè)，出具報(bào)告。
2、壓力：根據(jù)工藝參數(shù)來設(shè)計(jì)承壓范圍，選用安全閥或泄爆片進(jìn)行安全保護(hù)。
3、溫度：大多數(shù)高溫反應(yīng)釜都需要高壓力來應(yīng)對(duì)反應(yīng)介質(zhì)的高飽和蒸氣壓，因此我們可采用夾套或盤管熱交換的方式，確保反應(yīng)的穩(wěn)定性。
4、傳動(dòng)：由于高溫高壓反應(yīng)釜主要為攪拌要求，轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢，可根據(jù)壓力和介質(zhì)要求，選用機(jī)械密封攪拌和磁力驅(qū)動(dòng)攪拌等方式。
5、材質(zhì)：考慮到反應(yīng)介質(zhì)的特殊性，可選擇搪玻璃、鋼襯塑、不銹鋼及鈦等釜體材質(zhì)。
▲ 表為各類型材質(zhì)和反應(yīng)條件的關(guān)系
二、關(guān)鍵部件
反應(yīng)釜主要由釜體、傳動(dòng)、加熱/冷卻、自動(dòng)控制及安全防呆等部分組成。其中，加熱/冷卻和傳動(dòng)為反應(yīng)釜的核心部分，對(duì)反應(yīng)性能和速率起著關(guān)鍵性影響。
（一）加熱/冷卻
結(jié)合反應(yīng)類型（吸熱/放熱反應(yīng)）和工藝時(shí)間進(jìn)行熱交換量模擬計(jì)算，并決定反應(yīng)釜的熱交換類型。基于不同的工藝需求，選擇相對(duì)應(yīng)的處理方式：
1、工藝中存在加熱和冷卻兩種情況，可考慮雙盤管或內(nèi)外盤管。
2、對(duì)于較高的熱交換效率需求，可考慮分段進(jìn)出的方式。
3、反應(yīng)過程需頻繁加熱和冷卻，可選用雙釜冷熱交替工作。
4、針對(duì)溫度均勻性較高的場(chǎng)景，可考慮外置循環(huán)加熱器。
（二）傳動(dòng)
高溫敞開式的反應(yīng)釜一般采用直聯(lián)式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并配置長(zhǎng)聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)更好的散熱效果。同時(shí)，采用填料和機(jī)械密封的軸封方式，防止介質(zhì)受到污染。
對(duì)于有高壓或高真空要求的工藝需求，可采用磁性連聯(lián)器密封，其磁流體密封能有效防止泄漏情況，但磁性聯(lián)軸器也需有冷卻液降溫，保證其處于正常的工作溫度范圍以內(nèi)。
三、反應(yīng)釜控制
（一）傳動(dòng)保護(hù)
一方面，通過聲紋檢測(cè)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，做到預(yù)測(cè)性維護(hù)。另一方面，記錄傳動(dòng)軸溫升曲線，并將各工藝段的溫度參數(shù)，保存在配方管理系統(tǒng)當(dāng)中，建立企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于異常預(yù)警管理。
（二）工藝輔助
因粘度、密度等參數(shù)變化難以被直接檢測(cè)，我們可通過電流、扭矩及繞組溫度曲線，輔助判斷物料參數(shù)的異常情況。
（三）壓力控制
通過飽和蒸氣壓與升溫速度聯(lián)鎖控制，防止冷卻器出現(xiàn)“過流”現(xiàn)象，減少材料浪費(fèi)。針對(duì)脫水反應(yīng)中的高溫高壓控制，將壓力控制在所規(guī)定的范圍內(nèi)，提升加熱效率。
（四）自動(dòng)控制系統(tǒng)
常規(guī)的加熱/冷卻需求可直接使用PID或雙PID控制調(diào)節(jié)，但面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的工況，則需要使用串級(jí)控制算法才能滿足工藝需求，以下是常見的應(yīng)用場(chǎng)景：
1、在溫升均勻的情況下，可計(jì)算出熱交換器的開閥時(shí)間或電加熱器的輸出功率。
2、針對(duì)溫升率可控的需求，可通過時(shí)間溫度雙閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)兩者的交叉計(jì)算。
3、對(duì)于溫度滯后性較強(qiáng)的情況，通常采用經(jīng)驗(yàn)值算法。
4、系統(tǒng)可滿足多段溫度范圍的配方曲線控制。
5、為防止冷熱沖擊、水錘等情況發(fā)生，可采用調(diào)節(jié)閥或電加熱進(jìn)行斜坡控制。
工業(yè)創(chuàng)新，材料先行。在流程工業(yè)當(dāng)中，各種材料性能和制備工藝復(fù)雜繁多，廣東智子將秉持“給機(jī)械以生命，給科技以智慧”的理念，提升自動(dòng)化設(shè)備的制備效能，賦能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展！
