Ontwerp en vervaardiging van roestvaststalen reactoren

In een chemische fabriek is de reactor de plek waar het product daadwerkelijk wordt gemaakt; al het andere voedt hem, koelt hem of voert het product af. Een typisch reactorpakket omvat het hoofdvat, een verticale of horizontale condensor en een decanter voor fasescheiding, allemaal gedimensioneerd rond één gedeelde set procesomstandigheden in plaats van onafhankelijk gekozen.

De algemene bedrijfseisen zijn vergelijkbaar bij de meeste toepassingen: werking onder druk of vacuüm, gecontroleerd mengen, en verwarmen en koelen via een mantel of spiraal. Wat verschilt tussen toepassingen is hoever elke eis wordt opgerekt, en daar draait het ontwerpwerk feitelijk om.

De vier parameters die het ontwerp bepalen

Vier parameters bepalen het mechanische ontwerp: bedrijfsdruk, bedrijfsvacuüm, bedrijfs- en koeltemperatuur, en de vereiste verwarmings- en koeltijd.

• Bedrijfsdruk en -vacuüm bepalen de wanddikte, het type kop (plat, gewelfd of halfrond) en de versterking van aansluitingen, en bepalen of het vat ontworpen en gestempeld moet worden volgens een drukvatnorm zoals ASME VIII of de Europese PED, of als atmosferisch vat kan worden gebouwd.
• Bedrijfs- en koeltemperatuur bepalen de materiaalkeuze (niet elke roestvaststalen kwaliteit presteert hetzelfde bij beide temperatuurextremen die een batchproces kan bereiken) en sturen het mantelontwerp: een volledige mantel, een halfpijpspiraal of een dimple-mantel, elk met verschillende warmteoverdrachtscoëfficiënten en drukklassen.
• Verwarmings- en koeltijd is de parameter die het vaakst wordt onderschat. Een klant specificeert een batchcyclustijd zonder te beseffen dat het tijdsbudget voor opwarmen en afkoelen daadwerkelijk het warmteoverdrachtsoppervlak bepaalt, wat op zijn beurt het ontwerp van de mantel of halfpijpspiraal bepaalt en de vraag naar nutsvoorzieningen (stoom, thermische olie, gekoeld water) voor de rest van de fabriek. Als dit te klein wordt gedimensioneerd, duurt de batchcyclus gedurende de hele levensduur van de apparatuur eenvoudigweg langer dan gepland.

Roeren en inwendige onderdelen

Mengtaak wordt onafhankelijk van de vier bovenstaande parameters vastgesteld, maar heeft interactie met allemaal: viscositeit, of de reactie een- of meerfasig is, en of vaste stoffen in suspensie moeten blijven, beïnvloeden allemaal het roerdertype en de aandrijfdimensionering. Schotten, dompelbuizen, sproeikogels voor CIP en monsterneming-/doseeraansluitingen worden geplaatst volgens het processtroomschema, niet als standaardfittingen: het aansluitschema van een reactor is in feite een kaart van alle andere apparatuur die erop is aangesloten.

Materialen, lassen en afwerking

Reactormantels worden meestal gebouwd in 304/304L- of 316/316L-roestvast staal, waarbij de kwaliteitskeuze wordt bepaald door blootstelling aan chloriden en reinigingschemie in plaats van alleen druk. Lassen gebeurt volgens gekwalificeerde procedures: TIG voor mantel- en aansluitlassen, orbitaal lassen waar een consistente, contaminatievrije interne lasraupe belangrijk is, zoals bij farmaceutische en voedingstoepassingen. Na het lassen wordt het vat gebeitst en gepassiveerd om de chroomoxidelaag te herstellen die door lashitte wordt verstoord, en de interne afwerking (2B-wals, geborsteld, of mechanisch/elektrogepolijst) wordt gespecificeerd in overeenstemming met de reinigings- en hygiëne-eisen van het product.

Makfen ontwerpt en vervaardigt reactoren in roestvast en koolstofstaal op basis van deze parameters, met materiaalcertificaten en druktestrapporten die voor elk vat worden afgegeven.