圧力 制御 炉 は 何 です か

根本的な質問に答えます圧力制御炉とは何か? 高圧化学過程で 精密な圧力調節を 維持するにはどうすればいいのか?圧力制御炉は,動作圧を+/-0.01〜+/-0の範囲で維持するアクティブ圧力調節システムで装備された化学反応炉である.1 MPa の設定値から真空までの動作範囲 (−0).1 MPa) から 50 MPa (超臨界水酸化) の間です.主要部品には,蒸気/液体出口にある逆圧調節器 (BPR) が含まれます.PID (プロパショナル・インテグラル・デリバティブ) コントロールループ,圧力トランスミッターフィードバック (応答時間0.1〜5秒),上気圧維持のための窒素または惰性ガスパッド,およびASME UG-125 (MAWPで設定されたPSV) による圧縮装置,単一のリレフバルブでMAWPの110%に制限された蓄積)これらの原子炉は,水化 (2-15 MPa),ポリメリゼーション (1-30 MPa),超臨界CO2抽出 (7-48 MPa),圧力が反応動力学に直接影響する場合段階的行動,および製品選択性

1圧力制御の基本原理と技術

圧力制御炉システムには 3つの技術原理があります

• 逆圧制御と流量調節バックプレッシャー調節器 (BPR) は,噴泉式またはドーム式の弁で,出流を調節することによって上流圧を維持する.ドーム式BPR (エアロード式またはI/P制御式) は,パイロット圧力信号を使用します (0.02-0.1 MPa 空気または窒素) を用いて制御圧を遠隔で設定し,自動調整が可能とする.BPRのサイズ設定には,ISA-75によるCv (流量係数) の計算が必要である.01: Cv = Q x sqrt ((SG/デルタ-P),ここでQは流量,SGは特重量,デルタ-Pはバルブを通過する圧力低下である.5 MPa の動作圧と 10 L/min の風口ガス流量を持つ 100 L の水化反応炉には,Cv = 10 x sqrt が必要である..09/4.9) = 135.
• PID制御ループと圧力トランスミッターフィードバック圧力制御ループは,圧力トランスミッター (Rosemount 3051S,スパン精度+/-0.04%,応答時間100 ms),PIDコントローラ (DCSまたはスタンドアロン,スキャン速度は0.1-1秒),そして最終制御要素 (BPR または制御バルブ).PIDチューニングは,ジグラー・ニコルズまたはコーエン・コーン方法を使用します: 5 MPaの水化反応炉では,典型的なチューニングパラメータはKp = 2-5,Ti = 10-30秒,Td = 2-5秒です.カスケード制御 (外回路圧)ガス消費または生産による急速な圧力障害に対する反応を向上させる.
• 超圧保護とASME UG-125の適合性ASME第8節第1節 UG-125は,すべての圧力容器に,最大許容される作業圧 (MAWP) を超えない設定圧の圧力解消装置 (PRVまたは破裂盤) を備えなければならない.単弁保護用複数のバルブでは116%のMAWP. 爆発ディスク (逆作用または前作用) は,応答時間 <5ミリ秒で障害開口保護を提供します.スプリング式 PSV は 50~200 ミリ秒で反応する一般的な構成では,PSVの上流にバーストディスク (入口管の損失に対してASME UG-135の3%の許容規則) を用いて,冗長性を提供しながら,PSVをプロセス汚れから隔離する.

2主要な圧力制御構成

産業用圧力制御炉の構成は,圧力範囲,相状態,制御精度要件によって選択される.

• 慣性パッドによるガス相空圧制御窒素またはアルゴン毛布は,入口にある減圧調節器 (望ましいパッド圧,例えば0,0で設定) を用いて,原子炉蒸気空間で恒常な上気圧を維持する.3 MPa) と,換気口の逆圧調節器 (セット0).05-0.1 MPa above pad pressure).この構成は酸化敏感反応,燃える溶媒処理,不凝縮ガスを生成する反応に標準である.制御精度は+/-0.02 MPa 50〜100Lの蒸気体積で
• 超臨界システム用液体相反圧制御超臨界CO2抽出 (7-48 MPa) と超臨界水酸化 (22-40 MPa) の場合,反応器の出口にある液相BPRは,圧力を+/-0.1 MPaの精度で維持する.BPRは,温度200°C (CO2) または600°C (SCWO) と流量5~200kg/hに対応しなければならない.多段階圧縮 (最初のBPRは5MPa,第二は0.1MPa) は,カビテーションとフラッシュ沸騰を防止する.出口にあるコリオリス質量流量計は密度ベースの相確認を提供します.
• 連続流量炉の差圧制御連続流量システムでは,圧力は出口のBPRによって維持され,供給ポンプ (HPLCまたは計量) は入口流量を管理する.差圧 (デルタ-P = P_in - P_out) は固定催化剤床やマイクロリアクターチャネルを通って流れます200 g の触媒を通る 50 mL/min の流量で 10 MPa のパックベッド流量原子炉 (床長 100 mm,空分 0.4)エルグンの方程式は,デルタ-P = 150 x mu x v x (1-eps) ^ 2 / (eps ^ 3 x D_p ^ 2) + 1 を予測しています..75 x rho x v^2 x (1-eps) / (eps^3 x D_p),BPRが10 MPaに対応し,流量が200 mL/minである必要があります.

圧力制御構成比較行列

よくある質問 (FAQ)

ASME UG-125 の要求事項は,圧力制御炉の減圧について何ですか?

A:ASME第8章第1部 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)単一のリレフ装置では,蓄積 (リレフ中の最大圧力) は,MAWPの110%を超えてはならない.複数の装置 (PSV + パラレルで破裂ディスク) では,MAWPの116%に制限されます3%のルール (UG-135) は,PSVの適切な動作を確保するために,入口パイプの圧力低下を設定圧の3%に制限します.

Q: 化学反応炉の逆圧調節器 (BPR) のサイズは?

A: BPR サイズ付けは ISA-75.01 流量係数方程式を使用します: Cv = Q x sqrt ((SG / delta-P), Q は最大流量 (液体では gpm,ガスでは scfm), SG は特重量,そしてデルタ-Pは,バルブを通過する圧力低下です5 MPa の 100 L の水化反応器で, 10 L/min の窒素噴出流量: Cv = 10 x sqrt ((0.96 / 49) = 1.40選択されたBPRは,限界の計算値の1.5〜2.0倍のCvを指定し,材料はプロセスメディアと温度と互換的である必要があります.

Q: 原子炉の圧力制御にはどのようなPID調節パラメータが典型的ですか?

A: ガス相圧制御の付いた中容量連発炉 (100~2000L) では,典型的なジグラー・ニコルズ PID 調節パラメータは: 比例増幅 Kp = 2-5,積分時間 Ti = 10-30秒,演算時間 Td = 2〜5秒制御器のスキャン速度は0.1-1秒である. プロセスの時間定数 (圧力容器の体積を風口速で割る) は通常10-100秒である.反応速度の高いマイクロ反応器 (<1ml)カスケード制御 (外気圧回路,外気圧回路,外気圧回路)急速なガス消費または生成の反応のための障害拒絶を改善します..

Q:なぜ,いくつかの圧力制御炉では,PSVの上流に爆発ディスクが設置されているのですか?

A: PSV の上流の破裂円盤は,3つの利点があります. (1) PSV を設定圧力で開くのを防ぐことができるプロセス汚れ,腐食,またはポリマー蓄積から隔離する.(2) 障害開いた冗長性(3) 破裂ディスクとPSVの間の気圧計がディスク破裂を検知し,交換を促す.3%の規則 (ASME UG-135) は,結合入口パイプと破裂ディスク圧力低下に適用されます.破裂ディスクが開くときも PSV が正しく機能していることを確認するために注意深い水力分析が必要です.