技術文章
一、 設計壓力與設計溫度的常規范圍
多功能提取罐屬于壓力容器范疇,其設計必須遵循國家壓力容器規范(如GB/T 150)。其參數范圍根據應用需求有較大跨度。
1. 設計壓力常規范圍
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",但設計上通常會覆蓋 -0.1 MPa 至 0.1 MPa(G),以應對抽真空和輕微正壓的波動。
中高壓型:對于有特殊高溫高壓需求的工藝,設計壓力可達到 0.6 MPa(G) 或更高。
2. 設計溫度常規范圍
通用范圍:通常在 125°C 至 150°C 之間。
確定依據:這個范圍主要基于兩個因素:一是工藝所需的最高工作溫度;二是制藥等行業要求的在線滅菌(SIP) 條件(通常為121°C,持續30分鐘)。設計溫度必須高于最高工作溫度并留有合理的安全余量。
二、 如何根據提取工藝確定參數
這是一個從 “工藝需求"反推“設備設計條件" 的過程。以下是具體的確定方法:
1. 常壓提取(如水提)
工藝操作條件:
溫度:通常在95°C ~ 100°C(水的沸點附近)。
壓力:與大氣壓基本相通(常壓,0 MPa(G))。
設備參數確定:
設計溫度:不能只按100°C設計。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,設計溫度應至少設定為125°C。
設計壓力:雖然操作壓力為常壓,但設計必須考慮非正常工況,如:
正壓端:進出料閥門誤關,持續加熱導致壓力升高。
負壓端:熱物料排放后,罐內蒸汽冷凝形成真空。
因此,設計壓力范圍應至少定為 -0.1 MPa(全真空)至 0.1 MPa(G)。
2. 減壓提取(如低溫濃縮、回收溶劑)
工藝操作條件:
目標:通過抽真空,降低液體沸點,實現低溫提取,防止熱敏性成分被破壞。
壓力:為負壓狀態,例如-0.05 MPa(G) 或更低。
溫度:相應降低,可能在60°C ~ 80°C。
設備參數確定:
設計壓力(負壓側):這是關鍵!設計壓力必須覆蓋真空泵能達到的最大真空度,通常直接按 -0.1 MPa(全真空) 來設計,確保罐體在極限真空下不被大氣壓壓癟。
設計壓力(正壓側):同樣需考慮上述非正常工況,正壓端設計值可選 0.15 或 0.2 MPa(G)。
設計溫度:與常壓提取類似,需留有裕量,通常仍設定為125°C~150°C。
3. 加壓提取(如高溫燉煮、某些醇提)
工藝操作條件:
目標:通過增加壓力,使溶劑沸點升高,從而實現高于常壓的提取溫度,提高提取效率或提取高沸點成分。
壓力與溫度關系: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,沸點約為110°C。
水在0.2 MPa(G)壓力下,沸點約為133°C。
設備參數確定:
最高工作壓力(MWP):根據工藝要求達到的最高工作溫度(MWT),查表或計算對應溶劑的飽和蒸汽壓。例如,若工藝要求用水在115°C下提取,則對應的飽和蒸汽壓約為0.07 MPa(G)。
設計壓力:在最高工作壓力(MWP)的基礎上,根據壓力容器安全技術監察規程,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,其設計壓力至少應為 0.1 MPa(G)。為通用性考慮,常直接設計為 0.3 MPa(G)。
設計溫度: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),則設計溫度應至少定為 125°C ~ 150°C。
核心總結與建議
1. 設計條件 > 操作條件:設備的設計壓力與設計溫度永遠高于其實際工藝操作的壓力和溫度。這是設備安全的根本保障。
2. 考慮最-惡劣工況:確定參數時,不僅要考慮正常生產,還必須考慮清洗、滅菌、設備調試、誤操作等可能出現的極-端情況。
3. 遵循“木桶原理":最終設備的設計參數,應取所有可能工藝(生產、SIP、CIP等)中的最大值。
4. 法規強制:壓力容器的設計和制造必須由具備相應資質的單位和人員進行,并接受監管機構的監督檢驗。
因此,在選型或設計時,必須明確您當前及未來可能的所有工藝路徑,找出其中的壓力、溫度極值,再據此確定設備的設計參數。一個通用的、高標準的多功能提取罐,其設計參數為 -0.1 MPa ~ 0.3 MPa(G) 和 150°C,這能覆蓋絕大多數應用場景。
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