發(fā)布于2023.11.11
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作者:智子智能
導語：近年來，工業(yè)化產品對材料性能的要求不斷提高，為滿足非標產品的制備要求，反應釜被廣泛應用在材料制備、有機合成等領域，在流程工業(yè)扮演著重要的角色。
在精益生產模式下，高溫高壓反應釜作為一種通用性較強的化工設備，通過控制反應條件，高效完成工藝流程下的化學反應，從而制備出高質量產品。該設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用，還在脫水、包覆等反應中發(fā)揮著重要作用。 然而，流程工藝各式各樣，對設備的結構材質也有著直接影響，如何選擇契合工藝的反應釜，是企業(yè)在精益生產路上必然會遇到的難題。
一、應用選型
根據(jù)工況，對反應釜進行工藝流程和過程參數(shù)的優(yōu)化設計，并著重對以下幾點進行考量：
1、資質：廠家需具備生產“高溫高壓反應釜”的相關資質，并交由第三方特檢機構檢測，出具報告。
2、壓力：根據(jù)工藝參數(shù)來設計承壓范圍，選用安全閥或泄爆片進行安全保護。
3、溫度：大多數(shù)高溫反應釜都需要高壓力來應對反應介質的高飽和蒸氣壓，因此我們可采用夾套或盤管熱交換的方式，確保反應的穩(wěn)定性。
4、傳動：由于高溫高壓反應釜主要為攪拌要求，轉速相對較慢，可根據(jù)壓力和介質要求，選用機械密封攪拌和磁力驅動攪拌等方式。
5、材質：考慮到反應介質的特殊性，可選擇搪玻璃、鋼襯塑、不銹鋼及鈦等釜體材質。
▲ 表為各類型材質和反應條件的關系
二、關鍵部件
反應釜主要由釜體、傳動、加熱/冷卻、自動控制及安全防呆等部分組成。其中，加熱/冷卻和傳動為反應釜的核心部分，對反應性能和速率起著關鍵性影響。
（一）加熱/冷卻
結合反應類型（吸熱/放熱反應）和工藝時間進行熱交換量模擬計算，并決定反應釜的熱交換類型?；诓煌墓に囆枨?，選擇相對應的處理方式：
1、工藝中存在加熱和冷卻兩種情況，可考慮雙盤管或內外盤管。
2、對于較高的熱交換效率需求，可考慮分段進出的方式。
3、反應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
高溫敞開式的反應釜一般采用直聯(lián)式傳動結構，并配置長聯(lián)軸器，實現(xiàn)更好的散熱效果。同時，采用填料和機械密封的軸封方式，防止介質受到污染。
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。
三、反應釜控制
（一）傳動保護
一方面，通過聲紋檢測來實時監(jiān)測設備狀態(tài)，做到預測性維護。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)當中，建立企業(yè)數(shù)據(jù)庫，便于異常預警管理。
（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。針對脫水反應中的高溫高壓控制，將壓力控制在所規(guī)定的范圍內，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控制調節(jié)，但面對相對復雜的工況，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，實現(xiàn)兩者的交叉計算。
3、對于溫度滯后性較強的情況，通常采用經驗值算法。
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，可采用調節(jié)閥或電加熱進行斜坡控制。
工業(yè)創(chuàng)新，材料先行。在流程工業(yè)當中，各種材料性能和制備工藝復雜繁多，廣東智子將秉持“給機械以生命，給科技以智慧”的理念，提升自動化設備的制備效能，賦能產業(yè)高速發(fā)展！
