Серия 5000. Мультиреакторная система для работы под давлением
Производитель: Parr Instrument (США)
Мультиреакторная система серии 5000
Мультиреакторная система серии 5000 компании Parr была разработана для параллельного проведения нескольких реакций, и применяется для отработки процессов и поиска наибольшей производительности при проведении реакций при повышенных температурах и давлениях.
Принципиальные отличительные черты этой системы:
- Шесть реакторов с внутренними перемешивающими устройствами
- Рабочее давление до 3000 psi (200 бар)
- Рабочая температура до 300 °С
- Индивидуальный температурный контроль в каждом сосуде.
- Постоянный индивидуальный контроль давления
- Компьютерный контроль и регистрация данных
- Коллекторная система для быстрого поворота, позволяющая вводить два различных газа
- Объемы и геометрия реакторов создана для проведения реакций в трех фазах
- Гибкое управляющее программное обеспечение
Реакционный сосуд
Мультиреакторная система была спроектирована на основе сосуда общим объемом 75 мл. Это дает возможность поместить от 15 до 40 мл жидких реагентов, что является минимальным подходящим для проведения гетерогенных каталитических реакций. Все клапаны и другие аксессуары, которыми снабжен сосуд, спроектированы под максимальное рабочее давление 3000 psi при рабочей температуре 300 °С. Кроме того доступны системы с сосудами объемом 45 мл.
Перемешивающая система
Все шесть сосудов перемешиваются с помощью единой системы магнитного перемешивания. Магнитный привод и магнитное поле воздействуют на мешальник (магнитный якорь), расположенный внутри каждого сосуда. Чтобы обеспечить силу магнитного взаимодействия, которая будет действовать сквозь нагреватель и стенку сосуда, использованы компактные высокомощные магниты. Скорость перемешивания изменяется от 0 до 1200 об/мин. Все сосуды находиться при одинаковых скоростях перемешивания в ходе одной серии параллельных процессов. Такая схема процесса обеспечивает отсутствие влияния на скорость реакции в различных сосудах фактора скорости перемешивания и, таким образом, позволяет оценить влияние остальных факторов.
Нагреватель
Внешний нагреватель окружает стенку сосуда для быстрого и однородного нагрева, а также для осуществления контроля температуры. Температура в каждом сосуде контролируется индивидуально. Нагреватели мощностью 250 Вт, использующиеся для каждого реактора, обеспечивают скорость нагрева до 15 °С в минуту.
Режимы работы
Реакторная система серии 5000 позволяет проводить до шести параллельных реакций для формирования базы данных, сравнения и оптимизации рабочих условий. Пользователь может построить эксперимент следующим образом:
-
Провести все реакции при одинаковых температуре и давлении, изменяя загрузку катализатора или концентрацию реагентов для оптимизации этих параметров.
-
Провести все реакции при одинаковых загрузках катализатора и реагентов, варьирую давление при постоянной температуре для изучения его влияния на скорость процесса.
-
Провести процесс при различных загрузках, температурах и давлениях, чтобы оценить влияние сразу нескольких факторов.
Сравнение графиков зависимости падения давления от времени для реакторов, функционирующих при одинаковых условиях, является наиболее полезным при измерении скорости реакции и сравнении рабочих условий. Внутренняя термопара также дает информацию об изменениях температуры, происходящих из-за экзотермичности реакции.
Опции реактора:
-
Уплотнение из плоского уплотняющего элемента или О-образного кольцевого уплотнения. Сосуды, снабженные О-образным кольцевым уплотнением, закрываются простым затягиванием болтов крышки плотно вручную. Максимальная рабочая температура в этом случае будет зависеть от материала уплотнения. Если уплотнение изготовлено из материала FKM (Viton®), то максимально допустимая температура составит 225 °С. Замена его на FFKM (Kalrez®) увеличит это значение до 275 °С. Уплотнения из PTFE могут использоваться при температурах до 300 °С и зачастую являются универсальными в химическом плане. В этом случае для оказания достаточного уплотнительного усилия используется шесть болтов на крышке реактора.
-
Конфигурация крышки. Каждый реакционный сосуд помимо внутренней термопары оборудуется впускным и выпускным клапанами, защитной разрывной мембраной и датчиком давления. Пользователь также может выбрать клапаны, датчик и разрывную мембрану, смонтированные на измерительном блоке, соединенном непосредственно с крышкой сосуда, или установленные дистанционно на объединенной панели и соединенные с клапаном с помощью быстроразъемных гибких рукавов высокого давления. Единый измерительный блок на крышке сосуда делает возможным удаление сосуда, находящегося под давлением с обогревающей и перемешивающей панели или предварительное наполнении его на некотором удалении от места проведения процесса. Выносной пульт, смонтированный в единую конструкцию, соединяет все входы и выходы, находящиеся под давлением, с каждым сосудом с помощью отдельных гибких подводок, что делает обслуживание максимально простым. Крышки сосудов могут быть модифицированы и включать погружную трубку для отбора жидких проб или холодный палец для охлаждения. В отдельном исполнении возможно установка воздушного охлаждения для опорной рамы.
-
Материалы конструкции. Стандартным материалом как для сосуда вместе со всеми частями, находящимися в контакте с реакционной средой, так и для измерительного блока, детали которого контактируют с парами, является нержавеющая сталь 316. Для исследователей, работающих с системами, содержащими сильные минеральные кислоты или другие более коррозионно-активные системы, сосуды могут быть изготовлены из других конструкционных материалов (титан, хастеллой, цирконий и др.)
-
Конфигурация мешалки. Перемешивание осуществляется магнитным якорем (мешальником), имеющим стеклянное или тефлоновое (PTFE) покрытие.
-
Конфигурация термопары. Термопары монтируются внутри сосуда для наиболее четкого наблюдения за температурой и ее контроля. Термопары защищены корпусом из нержавеющей стали, который вставляется в защитную термоячейку. Такая термоячейка обеспечивает легкость установки и удаления термопары, а также дополнительную химическую и механическую защиту для термопары. Термопара может быть заменена дистанционным датчиком температуры, кроме того возможна установка дополнительной термопары для нагревателя.
-
Газовый коллектор. Впускной газовый коллектор может проектироваться как для ввода продувочного газа, обычно азота, так и для газа, участвующего в химической реакции, обычно водорода. Он может настраиваться таким образом, чтобы автоматически наполнять все реактора до одинакового начального давления, или чтобы вручную наполнять их до своего определенного рабочего давления.
Контроллер процессов 4871
Мультиреакторная система серии 5000 управляется специально предназначенным для этого контроллером 4871. Детальное описание этого блока можно найти, перейдя по ссылке контроллер 4871.
Контроллер 4871 обеспечивает:
- Мониторинг температуры и ПИД-регулирование для каждого индивидуального реактора
- Мониторинг давления в каждом индивидуальном реакторе
- Регистрацию данных по температуре и давлению в каждом реакторе
- Контроль и регистрацию общей скорости перемешивания в реакторах
Блок управления также дает возможность программировать отдельные реакционные сосуды, обеспечивает цифровой ввод и вывод данных для блокирующих устройств, аварийной сигнализации и других систем безопасности. Дополнительно к этому имеется аналоговый и цифровой ввод и вывод данных для контроля измерителя потока или других систем, которые могли бы быть добавлены для контроля каких-либо других данных в будущем.
Управляющая станция пользователя – это персональный компьютер с установленной на ней операционной системой Windows. Упрощенный графический интерфейс был разработан для контроля и мониторинга мультиреакторной системы серии 5000. Персональный компьютер используется исключительно в качестве интерфейсного модуля и модуля регистрации данных. Все контролирующие действия формируются контроллером 4871, а не ПК.
