Расчет размеров периодического реактора начинается с производственного спроса и проверенного цикла периодического процесса, а не с каталожного объема сосуда. Рассчитайте необходимое количество партий за период, определите полезный рабочий объем для одной партии, добавьте технологические припуски на перемешивание, пенообразование, газовое пространство, тепловое расширение и загрузку, а затем проверьте, способен ли предлагаемый реактор осуществлять нагрев, охлаждение, смешение, перекачку, очистку и полный цикл каждой партии в течение предполагаемого времени цикла. Конечный номинальный объем обычно больше рабочего объема жидкости. Поскольку кинетика реакции, тепловыделение, физические свойства, давление и требования к сбросу давления зависят от конкретного технологического процесса, квалифицированные технологи и механики должны подтвердить проект.
Начать с производственной базы
Укажите требуемую товарную массу или объем в сутки, рабочие дни, смены, продолжительность кампании, ожидаемый выход продукции, допустимый брак и плановые простои. Различайте среднеагодной и пиковый спрос. Реактор, рассчитанный только на годовой объем производства, может не справиться с короткой кампанией, а реактор, рассчитанный на нереалистичный пик, будет постоянно недозагружен.
Переведите спрос в производительность реактора, используя согласованные единицы измерения и заданную плотность продукта. Если рецептура основана на массе, сохраняйте баланс в массе до тех пор, пока плотность не понадобится для перевода в объем. Задокументируйте опорную температуру, поскольку плотность жидкости и объем могут изменяться в зависимости от температуры. Для многопродуктового производства повторите расчет для лимитирующей рецептуры, вместо того чтобы предполагать, что партия готовой продукции наибольшего размера всегда является самым сложным случаем.
Рассчитать партии и рабочий объем
Полезное первое отношение:
Количество партий за период = требуемый качественный продукт ÷ качественный продукт в партии.
Готовая продукция на партию равна загруженному материалу за вычетом конверсии, потерь на сепарацию, переходного остатка, отбора проб и других документально подтвержденных потерь. Не прячьте все потери за одним необъяснимым коэффициентом “эффективности”. Прозрачный материальный баланс делает возможным последующее масштабирование и поиск и устранение неисправностей.
Для жидкой партии предварительный рабочий объем представляет собой максимальный объем жидкости, ожидаемый на любом этапе рецептуры — не обязательно объем начальной загрузки или конечного продукта. Полунепрерывное дозирование, образование растворителя, газосодержание, расширение фаз и закалка могут сделать определяющим промежуточный этап. Оценивайте каждый этап рецептуры.
| Входные данные для определения размера | Вопрос для ответа | Доказательство | Распространенная ошибка |
|---|---|---|---|
| Производственный план | Какое количество качественного продукта требуется в пиковый период? | Утвержденный прогноз и рабочий календарь | Используя только среднегодовые показатели |
| Рабочий объем | Каков максимальный объем жидкости в ходе приготовления по рецепту? | Рецептура и материальный баланс | Использование финального объема партии |
| Лимит заполнения | Какое свободное пространство необходимо для смешивания, пенообразования, выделения газов и расширения? | Судебные процессы и анализ рисков | Применение общего процента |
| Время цикла | Сколько времени проходит от готовности к зарядке до готовности к зарядке? | Пошаговое расписание | Учитывается только время реакции |
| Доступность | Какое плановое и внеплановое время простоя является надежным? | История технического обслуживания и производства | Предполагая постоянную доступность |
Перевести рабочий объем в объем сосуда
После того как максимальный рабочий объем станет известен, установите максимально допустимую долю заполнения. Это технологическое решение, а не универсальное правило. Рабочие среды с низкой вязкостью и не склонные к пенообразованию могут допускать уровень заполнения, отличающийся от полимеризации с выделением газа, интенсивного смачивания порошка или вакуумной деаэрации. Мешалка должна оставаться достаточно погруженной на минимальном уровне, в то время как высокий уровень должен обеспечивать пространство для сепарации и предотвращать унос продукта в вентиляционные или предохранительные устройства.
Предварительный объем сосуда может быть выражен как требуемый рабочий объем ÷ допустимая доля заполнения. Рассматривайте полученный результат как оценочное значение. Затем выберите практическую геометрию и проверьте фактические размеры, объемы днищ, погружение штуцеров, площадь покрытия рубашки, расположение мешалки и полезный объем дренажа. Паспортная вместимость сама по себе не описывает полезный рабочий объем.
Выполнить полный цикл пакетной обработки
Время цикла начинается, когда чистый, разрешенный к работе реактор готов к загрузке, и заканчивается, когда он снова готов к загрузке. Включите подготовку и подачу сырья, загрузку, нагрев, выдержку при реакции, контролируемые дозирования, отбор проб и лабораторный допуск, охлаждение, перекачку, сбор остатка, промывку, очистку, инспекцию, оформление документации и ожидание в штатном режиме. Укажите, какие этапы могут перекрываться вне аппарата, а какие занимают его.
Пропускная способность ограничивается самым продолжительным достоверным циклом, а не самым быстрым показательным запуск-тестом. Рассчитайте количество партий в день, разделив доступное рабочее время на время цикла, а затем округлите в меньшую сторону до целого числа. Добавьте временной запас по графику, подтвержденный эксплуатационными данными. Если три номинальные восьмичасовые партии точно укладываются в 24 часа, любая задержка при отборе проб или проблема с очисткой приведет к срыву партии.
Проверьте теплопередачу перед принятием размера
Более крупная партия аккумулирует больше теплоты реакции, в то время как площадь рубашки не увеличивается пропорционально объему. Оцените нагрузки на нагрев и охлаждение за счет явного тепла, теплоту реакции, теплоту подачи, нагрузку при фазовом переходе, подвод энергии на перемещение и достоверные температуры энергоносителей. Затем оцените площадь теплопередачи, общий коэффициент, загрязнение, вязкость, зоны рубашки и отклик системы управления. Для экзотермических процессов нормальная рабочая нагрузка и аварийное реагирование проверяются раздельно.
Университета Колорадо в Боулдере LearnChemE: Сводка по энергетическому балансу реактора с мешалкой объясняет, что балансы массы и энергии обычно решаются совместно. OSHA руководство по управлению безопасностью процессов предоставляет контекст для информации о безопасности процессов и анализа опасностей в регулируемых химических процессах. Эти образовательные ресурсы не заменяют проектную основу для конкретного объекта.
Проверить смешивание, перекачку и очистку
Увеличение объема без проверки смешивания может изменить время смешивания, теплопередачу, взвешивание, диспергирование газа и локальную концентрацию. Предоставьте разработчику мешалки данные о зависимости вязкости от температуры, плотности, размере твердых частиц и характере их осаждения, межфазном взаимодействии, расходе газа, чувствительности к сдвигу и требуемой однородности смешивания. Мощность двигателя сама по себе не является полным правилом масштабирования.
Подтвердите, что питающие линии могут наполняться в течение цикла, насосы могут перекачивать партию при минимальной и максимальной вязкости, выпускное устройство дренирует предусмотренный несливаемый остаток, а последующее оборудование может принять партию. Время очистки и валидация могут ограничивать коэффициент использования при многопродуктовом производстве. Просмотрите наши Руководство по выбору многопродуктовых реакторов-батов и Руководство по нагреву и охлаждению реактора с кожухом по аналогичным решениям.
Пример скрининга, выполненного с помощью этой программы
Предположим, что в кампании требуется 8 000 кг качественного продукта в день. Предлагаемая партия дает 2 000 кг качественного продукта после документальных потерь, поэтому необходимы четыре партии. Если цикл составляет 5,5 часа, четыре партии занимают 22 часа, что дает два часа свободного времени для планирования. Если максимальный объем рецептуры составляет 2,6 м³, а максимальная разрешенная доля наполнения — 70%, то предварительный объем сосуда составляет 2,6 ÷ 0,70 = 3,71 м³. Следующий практический размер должен еще пройти проверки на теплопередачу, перемешивание, давление, отвод, поддержку, перемешивание и очистку.
Настоящий пример является демонстрацией метода. Он не является рекомендуемым вариантом заполнения фракций или размера оборудования. Реальные значения должны определяться на основе конкретной химической формулы, физических свойств, условий эксплуатации, анализа рисков и чертежей поставщика.
Информация, которую следует включить в запросе о закупках
- Требуемая рабочая и общая мощность, минимальный уровень работы и масса партии.
- Полный алгоритм приготовления, целевой показатель цикла, максимальная производительность и схема кампании.
- Состав, плотность, вязкость, твердые частицы, пена, пара, коррозионность и средства для очистки.
- Обхваты температуры и давления для процессов, очистки, вакуума и условий нестабильности.
- Обязанности по обеспечению тепла, условия эксплуатации, философия управления и допустимые сроки разогрева/охлаждения.
- Сочетание таких параметров, как цели исследования, скорость переноса, выборка проб, аппаратура, насадка и необходимость доступа.
- Применимые требования к коду, проверке, документации, установке и валидации.
ИИИ страница продукта химического реактора вызывает ассоциацию с соответствующей семейством судов; Обзор реактора предоставляет категорию материнского типа. Финальная конфигурация должна основываться на полной таблице данных процесса, а не только на объеме отбора проб.
Обучающее видео
Проверьте предварительный размер с помощью операционной модели
После первого расчета составьте детальный график работы по по меньшей мере одному нормальному дню и одному стрессовому дню. Определите время начала и окончания каждой операции, укажите, какой оператор и какой узел необходим для выполнения каждого этапа, а также укажите реакцию лаборатории, наличие сырья, приемку на последующем этапе и освобождение от очистки. График, который работает только тогда, когда каждая задача выполняется в номинальном минимальном объеме, не является надежным планом производственного потенциала.
Проверьте минимальный размер партии так же тщательно, как и максимальный размер партии. Низкий уровень заполнения может привести к повреждению вала, снижению площади поверхности, подверженной воздействию масла, ослаблению точности измерения температуры, увеличению образования вихревых потоков или к снижению репрезентативности результатов отбора проб. Если спрос требует частичных партий, определите утвержденный диапазон рабочих режимов и убедитесь в том, что процесс смешивания и теплопередачи осуществляется в пределах этого диапазона. Не принимайте за правило, что управляющий агрегат с переменной скоростью обеспечивает коррекцию неблагоприятной геометрии.
Проводим испытания чувствительности при более низком уровне выхода, более длительном времени отбора проб, более низкой температуре используемой среды, высокой вязкости и отсутствии возможности для одного из рабочих режимов. Цель не в том, чтобы построить пессимистическую модель, а в том, чтобы узнать, какой из предположений контролирует выход продукции. Если время охлаждения преобладает, большее количество емкостей может не принести желаемых результатов. Если же речь идет о чистке, планирование кампании или специализированная система очистки могут позволить получить больше производительности, чем при более крупном реакторе.
Перед покупкой согласовывайте модель процесса с генеральной схемой поставщика. Уточняйте объемы прямых сторон и головки, проемы для винта и насадки, нормальные и максимальные уровни, зоны оболочки, точку слива, доступ, рабочие зоны, нагрузки, датчики или опоры, а также окончательные установленные высоты. Записывайте все нерешенные предположения в техническом сравнении предложений и завершайте его до утверждения.
«LearnChemE», подготовленный Университетом Колорадо в Боулдере, четко объясняет модель многофазных реакторов и их масштабирование.
Часто задаваемые вопросы
Необходимо ли размещение реактора для партии соответствовать объему рецептуры?
Нет. Максимальный объем жидкости при приготовлении рецептуры является объемной базой, в то время как общий объем сосуда также должен обеспечивать допустимый объем воздуха над поверхностью.
Что обычно ограничивает производительность реактора с плазменным потоком?
Ограничивающим фактором может быть объем сосуда, время цикла, удаление тепла, перемешивание, транспортировка, очистка, производительность в нижнем цепи или доступность графика работы.
Можно ли с помощью более крупного реактора использовать ту же технологию?
По предположению, это не безопасно. Увеличение масштаба изменяет соотношение площади поверхности теплопередачи к объему, поведение смешивания, время добавления и реакцию системы на контроль, поэтому процесс необходимо повторно проверить.
