Регулювання температури реакції - за Цельсієм

Проблема, пов’язана з процесом

Температура маси реакційного середовища є важливим параметром у процесі хімічного синтезу. Енергетичний модуль (або "однорідна" група, або тепловий занос) - це пристрій для контролю температури реакції з найбільшою точністю та у повній безпеці.

Реактор визначається:

Ємність від 5 до 40000 літрів залежно від маси партії, що виробляється.
Матеріал, стійкий до корозії використовуваних реагентів і навіть до корозії молекулами, що зароджуються, що утворюються під час реакцій,
Програма тиску, зазвичай між вакуумом і 6 бар, але іноді 25, 30 бар або більше для гідрування.
Температурна програма, як правило, від –20 до + 150 ° C, іноді при нижчій температурі для так званих «кріогенних» реакторів або при більш високій температурі для перегонки важких продуктів.

Реактор іноді будують і встановлюють для отримання конкретної молекули відповідно до конкретного шляху реакції.

Але реактор найчастіше універсальний для отримання на вимогу різних молекул відповідно до різних реакційних шляхів у межах діапазонів тиску та температури пристрою.

Реакційне середовище доводиться до температури, і його температура регулюється циркуляцією рідини в подвійній оболонці апарату.

Використовуються дві технології регулювання - це пряме впорскування робочої рідини в подвійну оболонку та технологія так званої "однорідної" петлі.

Енергетичний модуль - це тонкий хімічний розчин для нагрівання, охолодження або контролю екзотермічної реакції.

Енергетичний модуль також використовується для регулювання температури інших приладів, крім власне реакторів: сушарки, фільтр-осушувачі, "Nutsche" та ін.

Параметром, який слід регулювати, є температура реакції. Навіть якщо ви занурюєте зонд у реакційне середовище, ви повинні знати, що:

ТЕМПЕРАТУРА - НЕ ВИМІРНА КОЛИЧНІСТЬ.

Дійсно, температура навколишнього середовища оцінюється за шкалою: при 40 ° C вона гарячіша, ніж при 20 ° C, але не можна сказати, що вона вдвічі спекотніша. У компанії CELSIUS ми вважаємо за краще використовувати градуси Цельсія, але ми іноді висловлюємо себе в градусах KELVIN (або Кельвінів?) Або в градусах Фаренгейта.

Енергетичний модуль складається з контуру теплової рідини:

Теплова рідина працює у всьому температурному діапазоні реактора: його називають "монорідина" - термін, винайдений Мішелем ДЕНТРУЙ в 1991 році.
Теплова рідина циркулює по петлі в сорочці або оболонці реактора за допомогою циркуляційного насоса.
Теплова рідина отримує надходження калорій або фрігорії через теплообмінники з розподільчих мереж на місці для пари, води, гліколевої води, розсолу тощо, навіть рідкого азоту. Це операція із замкнутим циклом.
Або однорідна теплова рідина отримує надходження калорій або фрігорії шляхом подачі більш гарячої або холодної рідини. У цьому випадку енергетичний модуль працює у розімкнутому циклі.
Енергетичний модуль також може працювати в змішаному режимі в напіввідкритому контурі: з обмінниками для одних робочих рідин, впорскуванням для інших.

Вибір теплової рідини

Вибір теплової рідини для перенесення калорій або фрігорії в процес істотно залежить від температури та умов тиску, яким піддається рідина.

Найкращою тепловою рідиною є ВОДА, яка має безліч переваг: дуже низька вартість та відмінні теплові характеристики.

Але вода має два недоліки, які можуть бути непомірними:

Вода може дуже реагувати на реагенти, присутні в процесі, що може призвести до серйозної аварії в разі порушення утримання.
Щільність твердої води менше щільності рідкої води. Це дуже рідкісне властивість, яке вода поділяє лише з вісмутом, завдає великої шкоди.

Цікавим компромісом є теплова рідина на водній основі:

ГРИН, водний розчин хлористого кальцію, температура плавлення якого при негативній температурі залежить від концентрації. Теплові показники розсолу все ще перевершують показники води, але корозія хлоридами суворо обмежує використання розсолу при низьких температурах.
ГЛІКУЛОВАНА ВОДА, суміш води та етиленгліколю або пропіленгліколю, може використовуватися як при негативних, так і при високих температурах. Додавання гліколю має перевагу зниження температури плавлення води та зниження тиску пари при високих температурах.

Також можна використовувати органічні розчинники, чисті або з додаванням води, але тільки при низькій температурі, щоб уникнути ризику займання:

ЕТАЛОВАНА ВОДА, суміш води та етанолу для холодних розподільчих мереж.
Чистий МЕТАНОЛ, для так званих «кріогенних» однорідних контурів у діапазоні температур -80/+ 50 ° C.

Для дуже низьких або дуже високих температур або робочої точки, яка коливається між цими екстремальними температурами, необхідно використовувати синтетичне теплове масло.

Використання цих масел має бути обмежене строго необхідним, оскільки, крім високої вартості цих продуктів, вони мають і недолік, що є легкозаймистими.

У Франції використання термального масла при температурі вище температури його спалаху регулюється правилами Класифікованих установок згідно з розділом 2951.

Тому кожен енергетичний модуль має розміри та побудований спеціально:

Для реактора ємністю від декількох літрів до декількох десятків кубічних метрів з нержавіючої сталі, гастелею або емальованої сталі, з подвійною сорочкою або напівкожухом, перемішують із змінною швидкістю з одним або кількома гвинтами, робочими колесами, якорем тощо .

Для заданої програми температури для змішування, розчинення, перегонки, кристалізації, сушіння, конденсації тощо.

Для промислової ділянки з різними розподільчими мережами опалення та охолодження.

Енергетичний модуль вимірюється під час серії розрахунків, що включають:

Гідравлічний калібрувальний пристрій для розрахунку витрати однорідної петлі при кожній температурі. Робоча точка насоса змінюється з температурою на характерній кривій: при високій температурі в'язкість рідини нижче, падіння тиску в контурі і подвійна сорочка зменшуються і швидкість потоку вище.
Теплові розміри, що включають швидкості рідин у сорочці та в обмінниках, товщину стінок, швидкість та потужність перемішування, фізичні характеристики реакційного середовища, екзотермічність реакції ....
Розрахунок безрозмірних чисел Рейнольдса і Нуссельта та коефіцієнтів обміну в теплообміннику та між реактором та сорочкою.

Вирішення системи диференціальних рівнянь призводить до моделювання еволюції "масових" температур в реакційному середовищі та в подвійній сорочці.

Температуру реакції контролюють:

Основні режими регулювання такі:

Регулювання масової температури в каскаді з температурою подвійної сорочки.
Подвійне регулювання температури куртки.
Обмеження різниці між двома температурами.
Регулювання переданої потужності.
Регулювання клапана введення реагенту, підвищення температури або рампи охолодження ...

Для енергетичних модулів, що регулюють температуру реакції, кристалізації або сушіння в сушарці, фільтр-сушарці, "Nutsche", ... дуже складно виміряти температуру продукту. Крім того, для цих пристроїв режим регулювання - це режим температури теплової рідини подвійної сорочки, з фіксованим заданим значенням або відповідно до рампи.

Але загалом для синтез-реактора масова температура є єдиним параметром регулювання, який вимагається від оператора.

Енергетичний модуль управляється за допомогою автоматики, що звільняє операторів від технічної функції, щоб зосередити свою увагу на хімії реакції.

Автоматизм:

або централізована оператором з іншими функціями реактора, але на основі функціонального аналізу CELSIUS.
або зроблені на замовлення CELSIUS з функціонального аналізу CELSIUS з обладнанням автоматизації, вибраним оператором
надає CELSIUS. Потім енергетичний модуль оснащений ПЛК CELSIUS з сенсорним екраном управління (опціонально ATEX) і завантажений стандартизованою і перевіреною програмою.

Машина CELSIUS

CELSIUS розробив контролер та програми автоматизації, присвячені регулюванню температури синтез-реакторів.

Переваги цієї стратегії полягають у наступному: