模拟温度调节器

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温度是化学合成、天然分子提取、发酵乃至生化过程等操作中的关键参数。 这些工艺阶段在各种设备中进行——包括反应釜、再沸器、结晶器、过滤干燥机、干燥机、发酵罐和生物反应器——所有这些设备都有一个共同特征：一个套管，热载体通过该套管循环以控制工艺温度。 批处理工艺的各个连续阶段在同一装置内以不同的温度进行，通常范围在 -20°C 至 150°C 之间，但对于要求苛刻的工艺，这一范围可扩展至 +200°C，对于要求苛刻的工艺，甚至可达 -100°C。 本文介绍的设备是一款 温度控制单元 ，用于 低温反应器 ，其工艺温度范围为 -100°C / +200°C。 所需的辅助能源包括：用于加热的蒸汽、用于第一级冷却的水、用于第二级冷却的乙二醇水，以及最终用于达到最低温度的液氮。 操作人员在以下方面有具体要求： • 生产效率： 温度转换过程中不应有任何时间损失。 • 产品质量： 温度必须精确且均匀；产品接触反应釜壁时不得过热。 必须直接达到目标工艺温度，且不得出现“超调”。 • 安全性：放热反应产生的热量必须得到有效带走。 • 设备维护：反复注入蒸汽、水或盐水会导致极具破坏性的腐蚀。 采用一种称为“单流体”系统的二次热载体回路可有效替代上述方式，在该系统中，同一无氧流体在整个温度范围内循环流经反应器夹套。 多年来，CELSIUS 一直专注于设计和制造一种被称为“热滑轨”、“单流体滑轨”或 温度控制单元的专用设备。该“单流体” 传热介质根据温度范围进行选择——水、水-乙二醇或导热油——并根据工艺要求，利用现场公用能源（如蒸汽、电力、水、水-乙二醇、盐水、导热油，甚至用于极低温环境的液氮）进行加热或冷却。 为避免因温差和温度波动造成的应力，所使用的换热器为螺旋绞管式。 温度控制所需的所有组件——循环泵、换热器、控制阀、截止阀、仪表、自动化系统等——均组装成一个安装在底座上的整体单元。 该单元在交付至现场时已完成全部组装、管道铺设、保温和布线，从而最大限度地缩短了在设施（通常为塞韦索（Seveso）分类场所）内的安装、连接和调试时间。 该能源模块随附 CE铭牌以及符合欧洲压力设备指令PED 2014/68/EU，以及在适用情况下，针对用于爆炸性环境设备的ATEX指令2014/34/EU；此外，还包含一份安装确认（IQ）协议，以协助进行FDA设备验证。 凭借丰富的经验，CELSIUS 拥有设计和制造该工艺设备所需的全方位专业知识，该设备用于控制生产容器内反应混合物的温度。 自动化系统根据目标物料温度以及来自反应釜和单流体回路中温度传感器的读数，选择合适的换热器，并控制截止阀和调节阀。 此外，CELSIUS 自动化系统还集成了反应釜和能源模块的 数字孪生 。反应釜的建模基于其运行特性——例如夹套、搅拌系统和溶剂含量。 在 运行仿真过程中，温度值驱动控制阀动作。进而，根据阀门位置可计算出夹套和换热器内的流体速度、流动特性及传热系数；这使得能够确定反应釜和单流体回路在后续时间步长内的温度。

• 通过利用操作员提供的工厂参数，该仿真可使由反应釜和能源模块组成的系统数字孪生在交付前运行数周。 这有助于优化控制参数，从而利用预先根据实际运行条件校准的设置，将调试阶段缩短至仅需一天时间。