दबाव नियंत्रण रिएक्टर क्या है? सिद्धांत, प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग

मूल प्रश्न का उत्तरःदबाव नियंत्रण रिएक्टर क्या है और यह उच्च दबाव वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में सटीक दबाव विनियमन कैसे बनाए रखता है?दबाव नियंत्रण रिएक्टर एक रासायनिक रिएक्टर है जो सक्रिय दबाव विनियमन प्रणालियों से सुसज्जित है जो ऑपरेटिंग दबाव को +/-0.01 से +/-0 के भीतर बनाए रखते हैं।वैक्यूम से ऑपरेटिंग रेंज में सेटपॉइंट का 1 एमपीए (-0).1 एमपीए) से 50 एमपीए (सुपरक्रिटिकल वाटर ऑक्सीडेशन) तक। प्रमुख घटकों में वाष्प/तरल आउटलेट पर एक बैक प्रेशर रेगुलेटर (बीपीआर) शामिल है,दबाव ट्रांसमीटर प्रतिक्रिया के साथ एक पीआईडी (आनुपातिक-अंतर्निहित-उत्पन्न) नियंत्रण लूप (प्रतिक्रिया समय 0).1-5 सेकंड), एक नाइट्रोजन या निष्क्रिय गैस पैड के लिए ओवरहेड दबाव रखरखाव और दबाव राहत उपकरणों के अनुसार ASME UG-125 (PSV MAWP पर सेट,एकल राहत वाल्व के लिए 110% एमएडब्ल्यूपी तक सीमित संचय के साथ)ये रिएक्टर हाइड्रोजनीकरण (2-15 एमपीए), पॉलीमराइजेशन (1-30 एमपीए), सुपरक्रिटिकल सीओ2 निष्कर्षण (7-48 एमपीए) के लिए आवश्यक हैं।और हाइड्रोथर्मल संश्लेषण (10-40 एमपीए) जहां दबाव सीधे प्रतिक्रिया गतिशीलता को प्रभावित करता है, चरण व्यवहार, और उत्पाद चयनशीलता।

1. मुख्य दबाव नियंत्रण सिद्धांत और प्रौद्योगिकियां

दबाव नियंत्रण रिएक्टर प्रणाली तीन इंजीनियरिंग सिद्धांतों पर निर्भर करती हैः

• बैक प्रेशर रेगुलेशन और फ्लो मॉड्यूलेशनबैक प्रेशर रेगुलेटर (बीपीआर) एक स्प्रिंग-लोड या गुंबद-लोड वाल्व है जो रिएक्टर आउटलेट पर स्थापित है जो आउटफ्लो को मॉड्यूल करके अपस्ट्रीम दबाव बनाए रखता है।गुंबद-भारित बीपीआर (एयर-लोड या आई/पी-नियंत्रित) एक पायलट दबाव संकेत का उपयोग करते हैं (0.02-0.1 एमपीए हवा या नाइट्रोजन) को नियंत्रण दबाव को दूरस्थ रूप से सेट करने के लिए, स्वचालित समायोजन की अनुमति देता है। बीपीआर साइजिंग के लिए आईएसए-75 के अनुसार सीवी (प्रवाह गुणांक) की गणना की आवश्यकता होती है।01: Cv = Q x sqrt ((SG / डेल्टा-पी), जहां Q प्रवाह है, SG विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण है, और डेल्टा-पी वाल्व के माध्यम से दबाव की गिरावट है।एक 100 लीटर हाइड्रोजनीकरण रिएक्टर के लिए 5 एमपीए ऑपरेटिंग दबाव और 10 एल/मिनट वेंट गैस प्रवाह के लिए Cv = 10 x sqrt की आवश्यकता होती है।.09/4.9) = 1.35.
• पीआईडी नियंत्रण लूप और दबाव ट्रांसमीटर प्रतिक्रियादबाव नियंत्रण लूप में एक दबाव ट्रांसमीटर (Rosemount 3051S, सटीकता +/- 0.04% स्पैन, प्रतिक्रिया समय 100 ms), एक PID नियंत्रक (DCS या स्टैंडअलोन, स्कैन दर 0.1-1 सेकंड),और एक अंतिम नियंत्रण तत्व (बीपीआर या नियंत्रण वाल्व). पीआईडी ट्यूनिंग में ज़ीगलर-निकोल्स या कोहेन-कून विधियों का उपयोग किया जाता हैः 5 एमपीए हाइड्रोजनीकरण रिएक्टर के लिए, विशिष्ट ट्यूनिंग पैरामीटर केपी = 2-5, टीआई = 10-30 सेकंड, टीडी = 2-5 सेकंड हैं।कैस्केड नियंत्रण (बाहरी लूप दबाव), आंतरिक लूप प्रवाह) गैस की खपत या उत्पादन से तेजी से दबाव गड़बड़ी के लिए प्रतिक्रिया में सुधार करता है।
• अधिक दबाव संरक्षण और ASME UG-125 अनुपालनएएसएमई धारा VIII डिवीजन 1 यूजी-125 के अनुसार प्रत्येक दबाव वाहिका में दबाव कम करने वाला उपकरण (पीआरवी या फट डिस्क) होना चाहिए जिसमें सेट दबाव अधिकतम अनुमेय कार्य दबाव (एमएडब्ल्यूपी) से अधिक न हो।एकल वाल्व सुरक्षा के लिए, संचय 110% एमएडब्ल्यूपी तक सीमित है; कई वाल्वों के लिए, 116% एमएडब्ल्यूपी। फट डिस्क (रिवर्स-एक्टिंग या फॉरवर्ड-एक्टिंग) प्रतिक्रिया समय < 5 मिलीसेकंड के साथ विफलता-खुली सुरक्षा प्रदान करते हैं,जबकि स्प्रिंग-लोड किए गए पीएसवी 50-200 मिलीसेकंड में प्रतिक्रिया करते हैंएक सामान्य विन्यास PSV के ऊपर एक फट डिस्क का उपयोग करता है (इनलेट पाइपिंग नुकसान के लिए ASME UG-135 प्रति 3% सहिष्णुता नियम) PSV को रिडंडेंसी प्रदान करते हुए प्रक्रिया फोलिंग से अलग करने के लिए।

2प्रमुख दबाव नियंत्रण विन्यास

औद्योगिक दबाव नियंत्रण रिएक्टर कॉन्फ़िगरेशन दबाव सीमा, चरण स्थिति और नियंत्रण सटीकता आवश्यकताओं के आधार पर चुना जाता हैः

• इनर्ट पैड के साथ गैस-चरण ऊपरी दबाव नियंत्रणएक नाइट्रोजन या आर्गॉन कंबल इनलेट पर दबाव-कम करने वाले नियामक का उपयोग करके रिएक्टर वाष्प स्थान में एक निरंतर ऊपरी दबाव बनाए रखता है (इसे वांछित पैड दबाव पर सेट किया जाता है, उदाहरण के लिए, 0.3 एमपीए) और वेंट पर एक बैक प्रेशर नियामक (सेट 0.05-0.1 पैड दबाव से ऊपर एमपीए) यह विन्यास ऑक्सीकरण-संवेदनशील प्रतिक्रियाओं, ज्वलनशील विलायक प्रसंस्करण, और गैर-संक्षेपित गैसों का उत्पादन करने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए मानक है।नियंत्रण सटीकता +/-0 है.02 एमपीए 50-100 लीटर वाष्प मात्रा के साथ।
• सुपरक्रिटिकल सिस्टम के लिए तरल-चरण प्रति दबाव नियंत्रणसुपरक्रिटिकल CO2 निष्कर्षण (7-48 MPa) और सुपरक्रिटिकल पानी ऑक्सीकरण (22-40 MPa) के लिए, रिएक्टर आउटलेट पर तरल चरण BPR +/-0.1 MPa की सटीकता के साथ दबाव बनाए रखता है।बीपीआर को 200C (CO2) या 600C (SCWO) तापमान और 5-200 किलोग्राम/घंटे के प्रवाह को संभालना चाहिए. बहु-चरण दबाव में कमी (पहला बीपीआर 5 एमपीए तक, दूसरा 0.1 एमपीए तक) गुहा और फ्लैश उबलने से रोकता है। आउटलेट पर एक कोरिओलिस द्रव्यमान प्रवाह मीटर घनत्व-आधारित चरण सत्यापन प्रदान करता है।
• निरंतर प्रवाह रिएक्टरों के लिए अंतर दबाव नियंत्रणनिरंतर प्रवाह प्रणालियों में, दबाव को आउटलेट पर बीपीआर द्वारा बनाए रखा जाता है जबकि एक फ़ीड पंप (एचपीएलसी या मीटरिंग) इनलेट प्रवाह को नियंत्रित करता है।अंतर दबाव (डेल्टा-पी = पी_इन - पी_आउट) फिक्स्ड उत्प्रेरक बिस्तरों या माइक्रो रिएक्टर चैनलों के माध्यम से प्रवाह करता हैएक पैक-बेड प्रवाह रिएक्टर के लिए 10 एमपीए पर 200 ग्राम उत्प्रेरक के माध्यम से 50 एमएल/मिनट के प्रवाह के साथ (बेड लंबाई 100 मिमी, खाली अंश 0.4),एर्गुन समीकरण डेल्टा-पी = 150 x म्यू x वी x (1-ईपीएस) ^ 2 / (ईपीएस ^ 3 x डी_पी ^ 2) + 1 की भविष्यवाणी करता है.75 x rho x v^2 x (1-eps) / (eps^3 x D_p), एक BPR की आवश्यकता है जो 10 MPa को संभालता है और 200 mL/min तक प्रवाह करता है।

दबाव नियंत्रण विन्यास तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: दबाव नियंत्रण रिएक्टर पर दबाव में कमी के लिए ASME UG-125 आवश्यकता क्या है?

एः एएसएमई सेक्शन VIII डिवीजन 1, paragraph UG-125 requires that every pressure vessel be protected by a pressure relief device (spring-loaded PSV or burst disc) with set pressure not exceeding the maximum allowable working pressure (MAWP)एक एकल राहत उपकरण के लिए, संचय (रिलीफ के दौरान अधिकतम दबाव) MAWP के 110% से अधिक नहीं होना चाहिए। कई उपकरणों के लिए (समानांतर में PSV + फट डिस्क),संचय एमएडब्ल्यूपी के 116% तक सीमित है3% नियम (यूजी-135) पीएसवी के उचित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए इनलेट पाइप के दबाव में कमी को सेट दबाव के 3% तक सीमित करता है।

प्रश्न: रासायनिक रिएक्टर के लिए बैक प्रेशर रेगुलेटर (बीपीआर) का आकार क्या होता है?

उत्तरः बीपीआर साइजिंग में आईएसए-75.01 प्रवाह गुणांक समीकरण का उपयोग किया जाता हैः सीवी = क्यू एक्स स्क्वायरट ((एसजी / डेल्टा-पी), जहां क्यू अधिकतम प्रवाह दर (तरल के लिए जीपीएम, गैस के लिए एससीएफएम) है, एसजी विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण है,और डेल्टा-पी वाल्व के माध्यम से दबाव की गिरावट हैएक 100 लीटर हाइड्रोजनीकरण रिएक्टर के लिए 5 एमपीए पर 10 एल/मिनट नाइट्रोजन वेंट प्रवाह के साथः Cv = 10 x sqrt ((0.96 / 49) = 1.40चयनित बीपीआर में मार्जिन के लिए गणना किए गए मूल्य से 1.5-2.0 गुना का नामित सीवी होना चाहिए और सामग्री प्रक्रिया माध्यम और तापमान के साथ संगत होनी चाहिए।

प्रश्न: रिएक्टर दबाव नियंत्रण के लिए कौन से पीआईडी ट्यूनिंग पैरामीटर विशिष्ट हैं?

उत्तरः गैस-चरण दबाव नियंत्रण के साथ एक मध्यम मात्रा के बैच रिएक्टर (100-2000 L) के लिए, विशिष्ट Ziegler-Nichols PID ट्यूनिंग मापदंड हैंः आनुपातिक लाभ Kp = 2-5, अभिन्न समय Ti = 10-30 सेकंड,व्युत्पन्न समय Td = 2-5 सेकंड, 0.1-1 सेकंड की नियंत्रक स्कैन दर के साथ। प्रक्रिया समय स्थिर (दबाव पोत की मात्रा को वेंट दर से विभाजित) आमतौर पर 10-100 सेकंड के बीच होता है।तेजी से प्रतिक्रिया करने वाले माइक्रोरिएक्टरों के लिए (<1 मिलीलीटर), 10-50 मिलीसेकंड और केपी = 0.5-2 के स्कैन दरों का उपयोग किया जाता है।आंतरिक प्रवाह लूप) तेजी से गैस खपत या उत्पादन के साथ प्रतिक्रियाओं के लिए गड़बड़ी अस्वीकृति में सुधार करता है.

प्रश्न: कुछ दबाव नियंत्रण रिएक्टरों में पीएसवी के ऊपर एक फट डिस्क क्यों लगाया जाता है?

उत्तरः पीएसवी के ऊपर एक फट डिस्क तीन लाभ प्रदान करता हैः (1) पीएसवी को प्रक्रिया की गंदगी, संक्षारण या पॉलिमर के निर्माण से अलग करना जो पीएसवी को सेट दबाव पर खोलने से रोक सकता है;(2) विफलता-खुली रिक्तता, चूंकि फट डिस्क PSV के लिए 50-200 एमएस के मुकाबले <5 मिलीसेकंड में खुलता है; (3) फट डिस्क और PSV के बीच एक संकेत दबाव गेज डिस्क टूटने का पता लगाता है, प्रतिस्थापन के लिए प्रेरित करता है।3% नियम (ASME UG-135) संयुक्त इनलेट पाइपिंग प्लस फट डिस्क दबाव में गिरावट के लिए लागू होता हैयह सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक हाइड्रोलिक विश्लेषण की आवश्यकता है कि PSV अभी भी ठीक से काम करता है जब फट डिस्क खुलता है।