技術(shù)文章
一、 設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的常規(guī)范圍
多功能提取罐屬于壓力容器范疇,其設(shè)計(jì)必須遵循國家壓力容器規(guī)范(如GB/T 150)。其參數(shù)范圍根據(jù)應(yīng)用需求有較大跨度。
1. 設(shè)計(jì)壓力常規(guī)范圍
通用范圍:最常見的范圍是 -0.1 MPa(全真空)至 0.3 ~ 0.4 MPa(G)(表壓)。
常壓型:雖稱為“常壓",但設(shè)計(jì)上通常會(huì)覆蓋 -0.1 MPa 至 0.1 MPa(G),以應(yīng)對抽真空和輕微正壓的波動(dòng)。
中高壓型:對于有特殊高溫高壓需求的工藝,設(shè)計(jì)壓力可達(dá)到 0.6 MPa(G) 或更高。
2. 設(shè)計(jì)溫度常規(guī)范圍
通用范圍:通常在 125°C 至 150°C 之間。
確定依據(jù):這個(gè)范圍主要基于兩個(gè)因素:一是工藝所需的最高工作溫度;二是制藥等行業(yè)要求的在線滅菌(SIP) 條件(通常為121°C,持續(xù)30分鐘)。設(shè)計(jì)溫度必須高于最高工作溫度并留有合理的安全余量。
二、 如何根據(jù)提取工藝確定參數(shù)
這是一個(gè)從 “工藝需求"反推“設(shè)備設(shè)計(jì)條件" 的過程。以下是具體的確定方法:
1. 常壓提?。ㄈ缢幔?/span>
工藝操作條件:
溫度:通常在95°C ~ 100°C(水的沸點(diǎn)附近)。
壓力:與大氣壓基本相通(常壓,0 MPa(G))。
設(shè)備參數(shù)確定:
設(shè)計(jì)溫度:不能只按100°C設(shè)計(jì)。必須考慮可能的蒸汽加熱失控、SIP要求或未來工藝變更。因此,設(shè)計(jì)溫度應(yīng)至少設(shè)定為125°C。
設(shè)計(jì)壓力:雖然操作壓力為常壓,但設(shè)計(jì)必須考慮非正常工況,如:
正壓端:進(jìn)出料閥門誤關(guān),持續(xù)加熱導(dǎo)致壓力升高。
負(fù)壓端:熱物料排放后,罐內(nèi)蒸汽冷凝形成真空。
因此,設(shè)計(jì)壓力范圍應(yīng)至少定為 -0.1 MPa(全真空)至 0.1 MPa(G)。
2. 減壓提?。ㄈ绲蜏貪饪s、回收溶劑)
工藝操作條件:
目標(biāo):通過抽真空,降低液體沸點(diǎn),實(shí)現(xiàn)低溫提取,防止熱敏性成分被破壞。
壓力:為負(fù)壓狀態(tài),例如-0.05 MPa(G) 或更低。
溫度:相應(yīng)降低,可能在60°C ~ 80°C。
設(shè)備參數(shù)確定:
設(shè)計(jì)壓力(負(fù)壓側(cè)):這是關(guān)鍵!設(shè)計(jì)壓力必須覆蓋真空泵能達(dá)到的最大真空度,通常直接按 -0.1 MPa(全真空) 來設(shè)計(jì),確保罐體在極限真空下不被大氣壓壓癟。
設(shè)計(jì)壓力(正壓側(cè)):同樣需考慮上述非正常工況,正壓端設(shè)計(jì)值可選 0.15 或 0.2 MPa(G)。
設(shè)計(jì)溫度:與常壓提取類似,需留有裕量,通常仍設(shè)定為125°C~150°C。
3. 加壓提?。ㄈ绺邷?zé)踔?、某些醇提?/span>
工藝操作條件:
目標(biāo):通過增加壓力,使溶劑沸點(diǎn)升高,從而實(shí)現(xiàn)高于常壓的提取溫度,提高提取效率或提取高沸點(diǎn)成分。
壓力與溫度關(guān)系:遵循該溶劑的飽和蒸汽壓曲線。例如:
乙醇在0.1 MPa(G)壓力下,沸點(diǎn)約為110°C。
水在0.2 MPa(G)壓力下,沸點(diǎn)約為133°C。
設(shè)備參數(shù)確定:
最高工作壓力(MWP):根據(jù)工藝要求達(dá)到的最高工作溫度(MWT),查表或計(jì)算對應(yīng)溶劑的飽和蒸汽壓。例如,若工藝要求用水在115°C下提取,則對應(yīng)的飽和蒸汽壓約為0.07 MPa(G)。
設(shè)計(jì)壓力:在最高工作壓力(MWP)的基礎(chǔ)上,根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程,需要留出一定的安全余量(通常為10%以上)。因此,對于0.07 MPa(G)的MWP,其設(shè)計(jì)壓力至少應(yīng)為 0.1 MPa(G)。為通用性考慮,常直接設(shè)計(jì)為 0.3 MPa(G)。
設(shè)計(jì)溫度:直接與最高工作溫度(MWT) 掛鉤,并留有裕量。如果工藝最高工作溫度為115°C,并考慮SIP(121°C),則設(shè)計(jì)溫度應(yīng)至少定為 125°C ~ 150°C。
核心總結(jié)與建議
1. 設(shè)計(jì)條件 > 操作條件:設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度永遠(yuǎn)高于其實(shí)際工藝操作的壓力和溫度。這是設(shè)備安全的根本保障。
2. 考慮最-惡劣工況:確定參數(shù)時(shí),不僅要考慮正常生產(chǎn),還必須考慮清洗、滅菌、設(shè)備調(diào)試、誤操作等可能出現(xiàn)的極-端情況。
3. 遵循“木桶原理":最終設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù),應(yīng)取所有可能工藝(生產(chǎn)、SIP、CIP等)中的最大值。
4. 法規(guī)強(qiáng)制:壓力容器的設(shè)計(jì)和制造必須由具備相應(yīng)資質(zhì)的單位和人員進(jìn)行,并接受監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)督檢驗(yàn)。
因此,在選型或設(shè)計(jì)時(shí),必須明確您當(dāng)前及未來可能的所有工藝路徑,找出其中的壓力、溫度極值,再據(jù)此確定設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)。一個(gè)通用的、高標(biāo)準(zhǔn)的多功能提取罐,其設(shè)計(jì)參數(shù)為 -0.1 MPa ~ 0.3 MPa(G) 和 150°C,這能覆蓋絕大多數(shù)應(yīng)用場景。
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