Автоматизированный синтез под давлением

Данный материал посвящен двум важным направлениям изысканий в области повышения эффективности химического синтеза: автоматизации и применении высоких давлений. В первой части материала раскрыты теоретические аспекты проблемы, во второй – представлены решения, проектируемые и производимые компанией «Тирит».

Обратите внимание – все оборудование, описанное в данном материале собственного производства «Тирит». Любая установка может быть спроектирована и дооснащена под широкий круг специфических задач, как исследовательского и аналитического формата, так и производственного.

Автоматизированный синтез

Химический синтез предполагает создание новых химических соединений из исходных веществ и составов в искусственно созданных условиях. Как правило, это получение более сложных соединений из более простых, менее доступных из более доступных. В глобальном смысле у химического синтеза 2 ключевые задачи: стратегическая – выбор эффективных исходных веществ и тактическая – применение эффективных методов и условий для получения целевого вещества минимальными ресурсозатратами. Основное решение тактической задачи – это грамотный подбор или производство оборудования под конкретные исследовательские или производственные задачи и тонкая настройка этого оборудования. Одной из основных целей здесь часто является автоматизация процесса для получения и многократного воссоздания постоянного процесса.

Автоматизированный синтез (автоматический синтез) – это такой комплекс методов химического синтеза, в основе которых использование роботизированного оборудования и программного обеспечения. Автоматизация синтеза позволяет повысить производительность и качество продукта, а также экономическую целесообразность предприятия любого масштаба несмотря на то, что этап проектирования и внедрения решений автоматизации, как правило, дорогостоящий. Автоматизированный синтез необходим и применяется как в научно-исследовательской, лабораторной сфере, так и в производственно-промышленной, при этом для широкого круга синтезируемой продукции.

Фактически, можно сказать, что автоматизация необходима почти для всей продукции, если ее синтез не является односложным и максимально простым.

Преимущества атвоматизированного синтеза

• повышение эффективности производства (больше и быстрее),
• повышение качества (чистота продукта и минимальные его потери на выходе),
• повышение качества (чистота продукта и минимальные его потери на выходе),
• повышение безопасности для работников, в связи с тем, что они не должны находиться в зоне проведения химических процессов все время,
• более широкий спектр задач в сравнении с ручным процессом.

Состав атвоматизированного синтеза

Основные операции химического синтеза – это смешивание исходных веществ, нагрев, охлаждение, часто применение повышенного или пониженного давления, вспомогательные – введение дополнительных реагентов после начала процесса, очистка готового продукта, конденсация побочных летучих продуктов и т.д. В связи с этим в состав установки автоматического синтеза входит специальное аппаратное и программное обеспечение, позволяющее выполнять конкретную операцию синтеза: предварительный нагрев, подачу, смешивание, диспергирование, вывод, охлаждение, анализ продукта и другие операции, как в линейной комбинации этапов синтеза, так и в более сложной нелинейной. Оборудование для автоматизации включает различные насосы и дозаторы для подачи реагентов, шейкеры с регулировкой скорости, управляемые двигатели для мешалок в химических реакторах , периферийные устройства контроля температуры и давления (термостаты, криостаты, вакуумные насосы). Все это оборудование объединяется в единую автоматически функционирующую систему с помощью программного обеспечения. Современные программные средства позволяют строить очень серьезные системы автоматизации.

Синтез под давлением

Почему высокое давление находит столь широкое применение в области химического синтеза? Дело в том, что многие вещества остаются стабильными или даже метастабильными в условиях атмосферного давления, соответственно, получить необходимые свойства и связи в таких условиях невозможно. Высокое давление позволяет влиять на расстояние между молекулами и атомами вещества и их форму, на периодичность элементов в цепочке. Колоссальное количество производств возможно только в условиях высокого давления. Это производство метанола, аммиака, метиламина, муравьиной кислоты, карбонила железа, гидрирование углеводородов, гидратация пропилена и этилена и многие другие.

Влияние давления на процесс синтеза

Давление может по-разному влиять на ход и результат химического синтеза:

• В реакциях с газообразными компонентами, сопровождающимися уменьшением объема, высокое давление позволяет увеличить выход готового продукта. Сюда относятся реакции газообразных веществ с газами (например, синтез метанола и аммиака), с жидкостями (например, гидрирование) и с твердыми элементами (например, синтез карбонилов металлов).
• В реакциях с жидкофазными компонентами высокое давление позволяет повысить температуру в том числе до сверхкритичной для жидких веществ, что многократно ускоряет химический процесс. Примеры таких реакций: синтез мочевины, аминирование органических хлоропроизводных и пр.

Кроме того, технологии высоких давлений широко применяются в процессах разделения газовых смесей, в процессах абсорбции газов жидкостями и внушительном ряде частных задач. Это обусловлено тем, что многие вещества в условиях действия на них сверхвысокого давления кардинально меняют свои свойства и поведение. Например, существенно меняется вязкость некоторых жидкостей, многократно возрастает проницаемость материалов – сжатая под давлением среда проникает в практически непроницаемые материалы, меняется твердость и прочность исходных веществ, повышается прозрачность некоторых полимеров. Применение давления позволяет отказаться от катализаторов в некоторых производствах, например, при синтезе аммиака. В пищевой отрасли давление позволяет уничтожать большую часть бактерий, обеспечивая тем самым процессы консервирования без потери вкусовых качеств.

Требования к оборудованию высокого давления

1. Оборудование должно быть герметичным и, соответственно, обеспечивать высочайшую безопасность для человек
2. Материалы, из которых изготавливаются приборы, способные выдерживать высокое давление, должны обладать высокой механической стойкостью.
3. Материал должен подбираться с учетом действия высоких температур, которые, как правило, сопровождают высокое давление – необходимо учитывать, что подверженность материалов коррозии и износу возрастает под действием высоких температур.
4. Установка должна обеспечивать надежный контроль за давлением и температурой, в особенности с помощью программного обеспечения, позволяющего управлять процессом на расстоянии от установки.
5. Применение технологии высоких давлений предполагает высокие требования не только к самому прибору, где осуществляется основной химический процесс, но и вспомогательному оборудованию – система должна позволять эффективно и безопасно вводить и выводить продукты из зоны высокого давления.
6. Как и любое другое высоконапорное оборудование должно быть транспортабельным, удобным в использовании и обслуживании.

Автоматизация и высокое давление

Как уже отмечалось выше, оборудование, применяемое для работы с высоким давлением, обычно представляет собой комплекс различных приборов, объединенных в систему. Высокие риски в области безопасности эксплуатации такого оборудования обуславливают необходимость применения автоматизации. Другими словами, установки высокого давления почти всегда требуют автоматизации. Набор аппаратного комплекса зависит от конкретных задач, но как правило, включает:

• непосредственно приборы, в которых происходит химический процесс, это химические реакторы и автоклавы,
• аппаратура для создания высокого и сверхвысокого давления: насосы и компрессоры,
• вспомогательное оборудование: термостаты, конденсаторы, сепараторы, диспергаторы, флегмоделители, фильтры, емкости для приема и транспортировки готовой продукции и т.п.,
• система трубопроводов, арматуры и креплений,

Кроме аппаратной части, система включает программную – специальное программное обеспечение, позволяющее устанавливать настройки и управлять процессом: ПУ, ПЛК, КИП, встроенные программы с заданными параметрами процесса, компьютеры.

Оборудование для автоматизированного синтеза под давлением от компании «Тирит»

Наш основной профиль – производство реакторного оборудования, в особенности реакторов высокого давления и каскадов реакторов. Наши специалисты спроектируют, соберут, поставят и запустят установку под любые задачи пользователя.

В качестве основного оборудования используем производимые нами реакторы:

• ARTI – стальной лабораторный реактор (от 15 мл до 1 литра) высокого давления (до 300 бар) с магнитной мешалкой, термопарой и дюралевой накладкой внутри рабочей емкости для равномерного нагрева.
• ROMM – стальной реактор среднего давления (до 10 бар) объемом от 1 до 100 литров индивидуальной проектируемый под задачи.
• ROMM-EH – модель реактора ROMM с встроенной системой электронагрева (ТЭН).
• CONNY – стальной реактор объемом от 1 до 100 литров с коническим дном

Можем собрать установку не только на базе перечисленных выше реакторов широкого профиля, но и таких специфичных как автоклав для испытаний на коррозию.

К реакторам подключаем также индивидуально подобранную автоматизацию.

Кроме условно простых решений на базе одинарных реакторов с автоматизацией «Тирит» производит каскады реакторов – системы расположенных последовательно и соединенных друг с другом реакторов, всем необходимым вспомогательным оборудованием и автоматизацией.

Каскады собираются на базе реакторов среднего давления, стеклянных реакторов, автоклавов и дооснащаются любым оборудованием под задачи пользователя. Подробнее ознакомиться с примерами реализованных каскадов можно по ссылке.

Мы можем изготовить необходимую систему оборудования как по готовому техническому заданию заказчика, так и сначала разработать ТЗ силами наших специалистов. На первом этапе мы предоставляем подробное технико-коммерческое предложение с описательной и графической частью (схематичное изображение). Затем создаем сборный и детализированный чертеж, опционально по запросу заказчика – 3D модель системы. Далее организуем тестовую сборку в нашем сервисном центре для проверки работоспособности системы и корректировках при необходимости. И только полностью готовую к работе и проверенную установку поставляем заказчику и осуществляем запуск и пусконаладку. Для получения консультации специалистов звоните нам по телефонам +7 (495) 223-18-03, 8-800-600-18-03, пишите на email info@tirit.org или заполняйте форму заявки.