在化学合成、天然分子提取、发酵乃至生物化学工艺过程中,温度是主要参数。
这些工艺阶段是在反应釜、蒸馏釜、结晶釜、过滤干燥机、干燥机、发酵罐、生物反应器等设备中进行的…… 这些设备采用多种技术,其共同特点是均配备有双层夹套,其中循环流动着热载体,以控制工艺温度。
在同一设备中,批次工艺的各连续阶段通常在-20°C至150°C的温度范围内进行,但对于某些要求苛刻的工艺,温度甚至可达+200°C,对于某些要求苛刻的工艺,甚至可达-100°C。
本文介绍的设备是一个专门用于冷却操作的能源模块,例如将换热器或冷凝器的冷却操作,将工艺温度降至设备可提供的温度:-10、-20 或 -30°C.
运营方的主要期望包括:
• 生产效率 :不得因工作温度变化而浪费时间
• 生产质量:温度必须精确且均匀,产品在接触壁面时不得过热。工艺温度应直接达到,且无“超调”现象。
• 安全性:必须排出放热反应产生的热量
• 关于工业设备的维护:连续注入蒸汽、水甚至卤水会导致设备遭受严重腐蚀,因此最好采用称为“单流体”的二次热流体回路来替代, 无论温度高低,始终是同一种不含氧气的“单流体”在反应器的双层壳体中循环。
CELSIUS公司多年来一直精通一种名为“热能橇”、“单流体橇”或能源模块的专用设备的设计与制造。热流体“单流体”根据温度范围进行选择: 水、乙二醇水或导热油;该单流体将根据工艺需求,通过现场的能源(如蒸汽、电力、水、乙二醇水、卤水、导热油,甚至液氮——用于达到极低温度)进行加热或冷却。 为避免因温度偏差和变化带来的任何限制,换热器采用管式结构,其管束呈螺旋状缠绕
在安装于滑轨上的同一台设备中,集成了温度控制功能所需的所有组件:循环泵、换热器、调节阀、旋塞阀、仪表、自动化系统等…… 该设备在交付至现场时已完成全部组装、管道连接、保温和布线,从而将通常被列为塞韦索(Seveso)类别的现场安装、连接和调试时间降至最低。
该能源模块作为成套设备交付,随附CE标志铭牌以及根据《欧盟压力设备指令》DESP 2014/68/,必要时还符合《欧盟爆炸性环境安装设备指令》ATEX 2014/34/UE,并附有用于美国食品药品监督管理局(FDA)设备验证的安装资格认证(IQ)协议。
凭借丰富的项目经验,CELSIUS 掌握了设计和制造此类工艺设备所必需的全部专业技能,这些设备用于控制生产设备中反应物料的温度。
通过反应物温度设定值、反应器内的温度传感器以及单流体回路中的温度传感器,PLC会自动选择换热器并控制调节阀和闸阀。
此外,CELSIUS 自动化系统的核心还包含一个 反应釜和能源模块的数字孪生。反应釜根据其运行特性(如双层夹套、搅拌、所含溶剂等)进行建模…… 在运行模拟过程中,温度值用于控制调节阀和闸阀。而反过来,阀门的位置则可用于计算流体流速、 流场特性、双层壳体及换热器中的传热系数,进而推算出下一时刻反应器内及单流体回路中的温度。
这种基于运营商设备参数的仿真,可在交付前让包含反应器和能源模块的系统数字孪生运行数周,从而优化控制参数,将调试时间缩短至一天,且参数已根据实际运行条件预先校准。
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