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)路上必然會遇到的難題。
一、應(yīng)用選型
根據(jù)工況，對反應(yīng)釜進(jìn)行工藝流程和過程參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，并著重對以下幾點(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，出具報告。
2、壓力：根據(jù)工藝參數(shù)來設(shè)計承壓范圍，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：由于高溫高壓反應(yīng)釜主要為攪拌要求，轉(zhuǎn)速相對較慢，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、加熱/冷卻、自動控制及安全防呆等部分組成。其中，加熱/冷卻和傳動為反應(yīng)釜的核心部分，對反應(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)）和工藝時間進(jìn)行熱交換量模擬計算，并決定反應(yīng)釜的熱交換類型?；诓煌墓に囆枨螅x擇相對應(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、針對溫度均勻性較高的場景，可考慮外置循環(huán)加熱器。
（二）傳動
高溫敞開式的反應(yīng)釜一般采用直聯(lián)式傳動結(jié)構(gòu)，并配置長聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)更好的散熱效果。同時，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）傳動保護(hù)
一方面，通過聲紋檢測來實(shí)時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，做到預(yù)測性維護(hù)。另一方面，記錄傳動軸溫升曲線，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，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，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)，但面對相對復(fù)雜的工況，則需要使用串級控制算法才能滿足工藝需求，以下是常見的應(yīng)用場景：
1、在溫升均勻的情況下，可計算出熱交換器的開閥時間或電加熱器的輸出功率。
2、針對溫升率可控的需求，可通過時間溫度雙閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)兩者的交叉計算。
3、對于溫度滯后性較強(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。
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