ガラス反応器の温度制御装置の選択方法は?

技術的な知識 2025-09-04 10:41:21
ガラス反応器の温度制御装置を選択する場合、まずプロセス要件(温度範囲(最高/最低)、温度制御精度、材料の量/性質、反応特性(発熱性?)、撹拌力、予想される冷却/加熱時間、環境条件)を明確にする必要があります。

温度制御装置の選定にあたっては、以下の点に留意し、購入ガイドラインを定めてください。

1. 温度範囲:

プロセスに必要な最低温度と最高温度を完全にカバーする必要があります。

(1) 冷却下限:プロセスに必要な最低温度は何度ですか?(例:-30℃、-50℃、-80℃)。装置の最低温度はプロセス要件よりも低く設定する必要があります(余裕を持たせてください)。

(2) 加熱上限:プロセスに必要な最高温度は何度ですか?(例:150℃、200℃、250℃)。装置の最高温度はプロセス要件よりも高く設定する必要があります。

注:ガラス製リアクターの許容範囲は通常-80℃~+200℃ですが、急激な温度変化(ΔT < 80℃)は避けてください。実際の選定はプロセス要件に基づいて行います。

2. 温度制御の精度と安定性:

(1) 精度:温度制御プロセスにおける精度要件(例:±0.5℃、±1℃、±2℃)。合成反応や結晶化では通常、±1℃以内が求められます。

(2) 安定性:設定温度を長時間維持できることは、精度と同様に重要です。優れたPID制御アルゴリズムを備えた機器を選択してください。

3. 熱媒体:

温度範囲に応じて選択してください。

(1) 0℃超:水(抗菌性が必要)、脱イオン水、精製水(医薬品)。

(2) -40℃~+200℃:シリコーンオイル(最も一般的に使用され、熱安定性に優れ、不燃性、適度な粘度)。引火点が低い、または高温で分解しやすい低品質のオイルの使用は避けてください。

(3) -50℃~-80℃:エチレングリコール水溶液(低コスト、高粘度、低効率)、特殊低温合成油(高効率、高コスト)。

(4) > 200℃:高温熱媒油(高引火点、優れた熱安定性)。

主な要件:低粘度(特に優れた低温流動性)、高い比熱容量、高い熱伝導率、化学的不活性、優れた熱安定性、無毒性/低毒性、不燃性。

4. 循環ポンプの性能:

(1) 流量:十分な循環流量は、熱交換効率を確保する上で重要です。ジャケット/リアクター壁の抵抗要件を満たす必要があります。一般的に、ほとんどの中小型ガラスリアクター(1L~50L)では、15~40L/分の流量範囲が推奨されます。流量不足は、温度制御の失敗の一般的な原因となります。

(2) 圧力(揚程):配管、バルブ、ジャケットの抵抗を克服する能力。ポンプの最大揚程がシステム全体の抵抗よりも大きいことを確認してください。

(3) 材質:ポンプヘッドとシールは、媒体と温度に対する耐性が必要です(316Lステンレス鋼、PTFE/FFKMシール)。

(4) 種類:磁気駆動ポンプ(リークフリー)が第一候補です。

5. インターフェースおよび接続:

(1) インターフェースサイズ:循環入口および出口サイズ(G1/2インチ、G3/4インチ、G1インチなど)は、リアクタージャケットインターフェースと一致する必要があります。一致しない場合は、変換ジョイントが必要です。

(2) 配管材質:耐熱性および耐媒質性(一般的に使用されるシリコンチューブ、PTFEチューブ、金属ホース)。長さは可能な限り短くし、熱損失/冷却損失を低減するために適切な断熱を行う必要があります。

6. 安全保護:

(1) 過熱/低温保護:独立した複数のハードウェア保護(温度リミッター)。

(2) 液面低下保護:乾燥燃焼ヒーターまたはポンプの空運転を防止する。

(3) 圧力/圧力リリーフ装置:密閉系システムには安全弁/膨張タンクが必要である。

(4) 漏洩保護:標準。

(5) 防爆要件:可燃性および爆発性溶剤を取り扱う場合、機械全体または主要部品は、対応する防爆レベル(例: Ex d IIB T4 Gbとして)。

7. 制御システムと機能:

(1) ユーザーインターフェース:設定温度、実温度、ポンプ速度、アラーム情報などを表示する、分かりやすく簡単な操作性。

(2) プログラム制御:複数の加熱/冷却/保持プログラムが必要な場合は、プログラム可能なモデルをお選びください。

(3) データ記録:温度曲線とイベントを記録し、エクスポート(USB、RS232、Ethernet)をサポートします。GMPデータ整合性要件(該当する場合)に準拠しています。

(4) 通信:オプションでModbus、Profibusなどのインターフェースをホストコンピュータシステムに統合できます。

8. ブランドとサービス:

(1) 実験室用温度制御装置の分野で定評のあるブランドをお選びください。

(2) アフターサービスの対応速度、スペアパーツの供給、技術サポート能力を考慮してください。

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